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多无人水下航行器(MultipleUnmanned Underwater Vehicle/UUVs)作为一类重要的水下作业工具，其在海底资源勘探、水下油气开发及海洋军事侦察等领域发挥着越来越重要的作用。与单个无人水下航行器相比，其不论在时间和空间上都提高了任务执行的效率并且系统具有良好的鲁棒性。例如，多UUV编队对海底油气管道进行跟踪检查等海洋工程应用中具有重大现实意义。然而，多UUV对编队路径的协同跟踪策略为其实际应用带来了诸多难题。因而，本课题对主从式和分布式编队约束条件下的多UUV对给定路径的协同跟踪进行了重点研究。通过对编队约束下多 UUV的协同路径跟踪所研究的内容进行具体分析，可以将其细分为两大部分：一部分是单无人水下航行器的路径跟踪控制器设计；一部分是多UUV编队策略实现。最后，以单个航行器路径跟踪控制器设计为实现基础上结合多无人水下航行器编队协同策略，实现基于路径跟踪的多UUV编队约束条件下对指定路径的协同跟踪。 本研究主要内容包括：⑴以大地和艇体坐标系为载体，建立UUV六自由度数学模型，在不影响UUV基本运动特性的前提下，将航行器的模型简化并得到其水平面的动力学及运动学模型，即其只剩下艏向、纵向和横向三个自由度方向的运动。为了确保所设计模型的真实有效性，文中对所建立的航行器运动数学模型进行了水平面回转运动和直线运动的仿真验证。⑵针对单无人水下航行器的路径跟踪实现问题，文中提出了基于李雅普诺夫函数直接法和反步法相结合的控制器设计思想。反步法理论一般是从控制器系统低阶微分方程出发开始进行设计，通过引入虚拟控制输入量概念进而求得可以使李雅普诺夫函数为负的镇定函数，即得到分布控制律。通过重复进行虚拟控制量的求取，直到得到满足最终要求的路径跟踪控制律。为了保证所设计的系统是稳定可靠的，基于李雅普诺夫稳定性理论对其进行了有效性证明。⑶研究主从式编队约束条件下多UUV对给定路径的协同跟踪控制问题。通过对 Lyapunov系统理论及反步法设计理论的详细分析总结，结合主从式编队策略，依据UUV对期望路径的跟踪误差最终收敛至零的思想设计了主从式多无人水下航行器的协同编队策略。实现了主从式编队约束下多无人水下航行器协同对给定期望路径的跟踪，并对设计的协同路径跟踪控制器进行了仿真验证。⑷研究分布式编队约束条件下多UUV对给定路径的协同跟踪控制问题。通过引进图论等相关理论，对多UUV分布式约束条件下的通信机制进行了描述设计，并将每个无人水下航行器的路径参考点之间的广义弧长进行统一归化到同一条虚拟路径上然后并加以比较，据此来协调各航行器的速度控制律来实现各UUV速度的协调。最后，依据已经完成的单无人水下航行器的路径跟踪控制器得到了基于路径跟踪的多无人水下航行器的分布式编队协同控制律。