本文研究的是一种多水下无人航行器编队队形动态重构方法,水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)是一种拥有较强自主能力的水下无人作业装置,在民用领域中,可以用来进行海洋资源探索、海底地形勘测、海洋搜寻救援等多种任务;在军用领域中,可以代替载人潜器进行侦查、搜寻甚至攻击等任务。随着时代的发展和相关技术的进步,现代海洋探索任务越来越复杂,只依靠单个UUV来完成相关的水下作业已经十分困难,因此对于UUV编队控制的研究成为了时下的主流课题。对于UUV编队来说,通常要求其在执行任务时保持某种固定的队形,并且根据任务需求,可以实时地进行队形切换,因此UUV编队的队形重构研究对于UUV编队系统的控制显得尤其重要。本文针对UUV编队在运动过程中的队形重构问题提出了一种基于领航跟随队形保持方法的UUV相对路径跟踪方法,该方法结合了UUV编队队形保持方法中常用的领航跟随法与路径跟踪中常用的视线法制导方法,实现了编队中跟随者UUV对于以领航者为参照物的运动坐标系下的相对路径的跟踪控制。本文针对UUV编队在队形重构过程中可能发生UUV彼此碰撞的问题,设计了基于人工势场法的动态路径规划方法,对编队中每个跟随者UUV进行在线的路径规划,避免了UUV之间发生碰撞。又针对人工势场法中容易出现的局部最优解问题设计了基于模拟退火法的路径优化方法,在跟随者UUV陷入局部最优解区域时,利用算法计算出一个过渡路径点,来引导UUV逃离局部最优解区域,最终抵达期望位置点。本文最后将上述方法进行了融合,并提出了识别跟随者UUV是否陷入局部最优解区域的判断策略,最终完成了UUV编队队形动态重构的方法设计。本文采用MATLAB软件,对文中设计的控制方法进行了仿真验证。首先根据UUV的运动特点,查阅文献创建了UUV的数学模型,并对模型的正确性进行了验证,确保模型可以完整描述UUV的运动。然后对文中设计的UUV相对路径跟踪和人工势场法路径规划以及模拟退火法的路径优化算法进行了仿真,验证了算法的有效性,最后对UUV编队的动态队形重构过程进行了仿真实验,验证了设计方法的可行性以及队形重构过程的安全性。经过仿真实验,结果表明,本文所设计的方法可以在编队中各UUV之间保持安全间距的前提下,实现实时路径规划,并对规划路径进行跟随,最后完成UUV编队的动态队形重构。该方法易于实现,在工程项目中具有一定的实用价值。