近年来,随着海洋的发.展愈来愈迅速,人们对海.洋的探索欲愈来愈强烈,因此,用途广泛的水下无.人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)被广泛关注。然而,在UUV完成作业指令后,需要对UUV进行回收来完成能量补给和数据下载。UUV的回收是UUV的使用流程中很重要的一步,考虑到安全因素,UUV的自主回收变得愈加重要,回收过程的控制要求也随着变得重要。为此,本文基于一种新的UUV自主回收方式——叉柱式回.收方式,设计回.收过程中的控制器。针对宽广水域下的空间运动、近壁面环境下的垂直面运动和海流干扰下的水平面运动,运用模型预测控制算法分别对UUV的返航阶段和对接阶段展开研究工作,具体研究内容如下:首先,简要阐述了欠驱动UUV叉柱式回收方式的具体过程,将回收过程分为返航阶段和对接阶段;建立了UUV空间六自.由度运动模型,并分析了模.型的特性给控制器的设计带来的影响;给出了本文所用的模.型预测控制算法的基.本原理和特点,并介绍了反馈线性化的基.本知识点,为后续控.制器的设计做好铺垫。然后,对于叉柱式回收的返航阶段,欠驱动UUV是在宽广水域进行空间运动的。对UUV的空间六自由度模型进行简化处理,基于状态空间模型给出了UUV系统的预测模型,针对系统的非线性,运用一种连续时间广义模型预测控制算法——解析模型预测控制算法对预测模型进行处理,利用李导数和反馈线性化对性能指标进行求解,求出最优控.制律,作为UUV三维路径跟.踪的控制器;通过Lyapunov理论证.明闭环系统的稳定性;运用仿.真验证所设计的三维路径跟.踪控制器的有效性。其次,对于叉柱式回.收的对接阶段,欠驱动UUV运动在近壁.面环境下,根据近壁.面环境下UUV的受力情况,将对接阶段分为垂直面坐落和水平面捕获。由于UUV在垂直面受力的改变,对UUV垂直面运动模型进行修正,给出了UUV垂直面修正模型,通过将修正模.型转化为预测模型,利用模型预.测控制算法设计了垂直面路径跟踪控制器;利用Matlab对控.制器进行仿.真分析,验证了控.制器的跟踪效果。最后,考虑叉柱式回收对接阶段的近壁面环境,欠驱动UUV在水平面运动时受到海流的干扰。针对海流干扰,建立了基于海流干扰的水平面运动模型;为了简化控制器的设计,通过引入Serret-Frenet标架,将水平面运.动模型转换为误差模型;又利用重定义输出,将单输.入多输出系.统转变为单输.入单输出系统,根据预测模型,利用模型预测控制算法设计了水平面路.径跟踪控制器;分别证明了两个子系.统的稳定性,根据等价性原理得到闭.环系统的稳定性;设计了仿.真实验证明了控制器的有.效性。