随着陆上不可再生资源储量的减少，人们将目光逐步转向了海洋，并开发研究了大量工程装备用以执行海底探测、打捞、海底管道检测与修复等工作。水下机械手作为其中一种重要的海洋开发装备受到人们的广泛关注。本文主要研究滑模变结构控制在具有未知外界干扰和系统不确定性的水下机械手系统的应用，并针对滑模变结构控制中存在的抖振现象进行了抑制，提高了水下机械手轨迹跟踪精度。
　　论文首先阐述了本课题背景及意义，回顾了水下机械手的发展历程和滑模变结构控制的理论进展和应用。随后采用Lagrange方程完成非水环境机械手动力学模型的惯量项、重力项及哥式力与向心力项的数学推导，并考虑机械手与水环境之间的相互作用，分析了水阻力矩和浮力矩的影响，建立了完整的水下机械手的动力学模型。
　　其次，介绍了滑模变结构控制的基本概念和控制原理，同时给出水下机械手的一般性滑模控制方法。设计自适应神经网络干扰观测器和改进的双幂次趋近律，用于观测和补偿未知外界干扰和系统参数不确定性，降低滑模控制系统的抖振。在此基础上，提出快速终端滑模控制方法，提高系统轨迹的收敛速度。将所提出的快速终端滑模控制与一般性滑模控制进行仿真对比，实现对抖振的抑制作用和快速收敛性。
　　接着，考虑执行器的输入饱和约束现象，采用Gaussian误差函数对控制力矩进行非对称限幅设计，确保控制力矩的光滑性。为了避免滑模控制中的抖振现象，利用双曲正切函数代替符号函数，与此同时，采用自适应方法估测外界干扰、系统不确定性和输入饱和误差的上界，提高系统的鲁棒性。进一步地，采用非奇异快速终端滑模控制，避免了终端滑模控制中的奇异性。
　　最后，考虑到高阶滑模算法具有优越的抗抖振能力，设计基于改进超螺旋算法的非奇异快速终端滑模控制。采用超螺旋算法建立高阶超螺旋干扰观测器，用以观测外界干扰和系统不确定性。在一般超螺旋算法基础上，设计改进超螺旋算法，对参数进行自适应调节，并应用于非奇异快速终端滑模控制中。考虑到控制器中存在时变增益矩阵，采用Lyapunov理论对系统稳定性进行了严格数学证明。与一般的基于超螺旋算法的滑模控制器进行仿真实验对比，该控制器消除了需要已知外界干扰上界的限制，同时具有更好的轨迹跟踪能力和抖振抑制能力。