长航程水下机器人(Long-range Autonomous Underwater Vehicle),也称长航程AUV,在海图绘制、海洋环境检测及一些军事方面都有广泛的应用前景,具有巨大的经济效益和社会效益。随着海洋探索与开发的不断深入,对进一步提高长航程AUV续航能力的需求愈发迫切。由于种种原因,长航程AUV表面并非完全对称,由此产生的零升力(矩)使得AUV不能以最优姿态航行,造成了阻力的增大。一种配备了重心调节机构和浮力调节机构的混合驱动长航程AUV,内部加装能够前后移动的重块和可变体积油囊,使用三个执行机构进行深度和姿态调节,有较好的深度、姿态控制能力。由于其在深度和纵倾控制中的过驱动性,通过各执行机构的合理配合,即可以较好地克服零升力(矩)对AUV的影响。但由于各执行机构在响应速率、功耗特性上的不同使其难以用固定的权重分配总控制力。AUV零升力(矩)随航行速度的变化而变化,且航行易于被其他外界干扰所掩盖,难以辨识,这种情况在近水面航行中尤为明显。近水面航行中,水平舵需要高频次操舵以维持深度也会耗费大量的能源。因此,近水面航行的节能优化是AUV节能航行策略的难点。本文即以上述混合驱动长航程AUV为对象,进行近水面的航行节能优化研究。针对执行机构在响应速率上的差异和零升力(矩)难以辨识的问题。本文将零升力(矩)视为低频干扰,设计了基于互补滤波思想的控制分配器,将深度误差信号按变化速率分解为两个信号,在保证浮力调节机构工作平稳的前提下,克服航行中的低频干扰,减小舵角和纵倾角变化幅度,达到减小航行阻力的目的。互补滤波控制分配基本解决了执行机构响应速率不同的问题,减小航行中的舵角变化幅度。本文综合考虑AUV当时姿态、执行机构当时位置,建立能耗指标,建立了动态分配权重,实现两纵倾执行机构的控制分配。针对AUV在近水面航行时受到高频波浪载荷的工况,给出一种节能控制方法,即通过自适应Hopf振荡器组对误差信号的学习,将误差信号中若干均值为零、周期振幅已知的正弦信号辨识出来,在控制器中主动忽略一部分对AUV航行品质不影响的信号,在保证航行深度要求的前提下,减小操舵速率。