海洋占地球表面70%以上,具有丰富的水下生物和资源,是人类至关重要的资源宝库,开发和利用海洋对于当今时代具有重要意义。智能水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在海洋开发中作用重大,而出于节约成本和减轻重量的考虑,AUV通常设计成欠驱动系统。欠驱动AUV具有系统可靠性高、能源消耗低、系统推进效率高等优点,其控制系统性能和轨迹跟踪控制能力是顺利完成多种水下任务的基础和保障。但欠驱动AUV自身具有强非线性和强耦合性,加之水下作业易受到海流等的外界干扰,因此,对于欠驱动AUV控制系统的设计和轨迹跟踪控制的研究具有重要的科学意义和社会价值。首先,根据实际需要,进行AUV控制系统总体设计,搭建控制系统框架,确定通信方案;进行了AUV控制系统的硬件设计和软件设计,并且对部分模块进行了测试,测试结果表明所设计的模块具有较好的稳定性;为提高欠驱动AUV自身抗干扰性和姿态调节能力,设计了一种重心辅助调节系统。其次,建立AUV运动学坐标系,给出了AUV六自由度运动学方程和动力学方程;并根据AUV的实际特点对其数学模型进行简化,得到简化后的水平面和垂直面运动模型,为后续AUV的轨迹跟踪控制研究打下基础。再次,将反步法和滑模变结构控制法相结合设计了反步滑模控制器;采用SerretFrenet坐标系描述轨迹跟踪误差,分别建立了水平面和垂直面轨迹跟踪控制器,并将所设计的反步滑模控制器与现阶段常规方法作对比,仿真结果表明所设计的反步滑模控制器具有较好的鲁棒性。最后,考虑复合干扰的影响,在反步滑模控制的基础上加入自适应模糊逻辑系统,在线辨识复合干扰,改善系统到达切换面时的运动品质,削弱滑模抖振;针对水平面和垂直面分别设计了反步自适应模糊滑模控制器,并将所设计的控制器与改进前的反步滑模控制器进行仿真对比,仿真结果验证了所设计控制器的有效性以及具有较好的鲁棒性。