由于水下机器人-机械手系统（Underwater Vehicle-Manipulator System,UVMS）可执行多种复杂水下作业任务,因而有望广泛应用于军民领域。UVMS末端执行器的精准轨迹跟踪控制是确保高性能水下作业的关键,因此成为UVMS控制领域的热点问题。本文通过设计搭载二自由度机械手的UVMS仿真原型,首先对其进行运动学、动力学建模研究,进而考虑外部扰动与系统未建模动态影响,分别提出有限时间与固定时间控制方法,实现了任意初始状态下的UVMS末端执行器精准轨迹控制。具体研究内容如下:首先,为服务UVMS末端执行器轨迹控制器设计,通过设计开发UVMS仿真原型系统,建立了完整的UVMS运动学和动力学模型。具体地,采用Solidworks软件设计了一种搭载二自由度机械手的UVMS,在仿真环境下验证了合理性;进而分别采用Solidworks、Ansys Aqwa、Fluent软件,辨识得到相应的惯性质量、附加质量、阻尼力等水动力参数,最终建立了UVMS运动学和动力学完整模型,为其末端执行器轨迹跟踪控制奠定模型基础。然后,为实现UVMS末端执行器的快速轨迹跟踪,提出了一种基于积分滑模技术有限时间控制策略。具体地,将外部扰动与未建模动态归结为一集总未知非线性扰动,对其设计有限时间扰动观测器实现快速精准补偿;结合积分滑模控制技术,设计出基于有限时间扰动观测器的积分滑模控制策略,采用Lyapunov稳定性理论可确保整体闭环控制系统合理性。在Matlab环境下,仿真结果表明所设计控制策略使得UVMS末端执行器可实现精准轨迹跟踪,同时UVMS可实现对精准姿态跟踪。最后,为实现任意初始状态下UVMS末端执行器的快速精准轨迹跟踪,设计了一种固定时间轨迹跟踪控制策略。具体地,为摆脱有限时间收敛对初始状态的依赖,提出了具有固定时间收敛特性的扰动观测器和轨迹跟踪控制器,确保跟踪误差收敛时间不依赖于初始状态,整体闭环控制系统稳定性由严格理论推导得以确保。严格的理论推导证明系统稳定性,在Matlab环境下,仿真结果表明所设计控制策略使得UVMS末端执行器可在任意初始状态下实现快速精准轨迹跟踪。针对UVMS末端执行器快速精准轨迹跟踪控制问题,结合积分滑模控制、有限时间和固定时间观测等技术手段,考虑外部扰动和内部未建模动态影响,分别设计出有限时间和固定时间轨迹跟踪控制策略,明显提升了UVMS末端执行器运动控制精度和抗扰能力,最终实现了任意初始状态下的UVMS末端执行器精准轨迹跟踪控制。