二十一世纪世界各国都加快了探索和开发海洋资源的步伐,我国作为世界大国,同时也是海洋大国,有着丰富的海洋资源亟待去探索与开发,观测型ROV在探索开发海洋资源过程中发挥着越来越重要的作用。观测型ROV作为一种水下作业工具,由于其体积小巧、活动范围广、能源充足、操作性强、能够在复杂的水下环境中进行长时间作业等优点,已经被广泛的应用于与水下作业相关的各个领域:诸如,在科学研究领域,用于考察水体、地质、水下动植物研究等;在公共安全领域,搜救水下物体和失事人员等;在工程建设领域,检查、修理和维护水下设施、坝体、离岸支撑结构等;在深海渔业养殖领域,定期巡检养殖网箱等。因此,有必要对ROV的关键技术进行深入研究。本文主要根据浅海域水下环境观测作业的任务需求,介绍了一款300米作业水深的观测型ROV。然后,以观测型ROV为研究对象,对ROV的总体布置、动力定位控制方法、轨迹跟踪控制方法以及推力控制分配方法进行研究。具体研究内容分为以下几点:首先,对观测型ROV分别从观测系统、推进系统、感知系统和控制系统四个方面展开介绍;对ROV在水下运动过程中的受力情况进行了分析,并根据Fossen等人所提出建模方法对ROV进行了运动学和动力学的数学建模,同时建立了外环境干扰力模型。然后,基于ROV存在建模不准确问题,以及ROV水下定位过程中受到海流、潮汐等干扰而使得定位精度失准的问题,通过设计滑模干扰控制器补偿外干扰与模型不确定性引起的定位误差,然后在仿真环境中搭建控制器模型与ROV动力学模型,从而设计完成动力定位控制系统。经仿真实验验证了该滑模干扰观测器的有效性。接着,根据ROV水下轨迹跟踪的特点,先将常规的ROV水下模型进行变形,使得模型中的各项都成为位置和时间的函数项。基于变形后的模型设计了自适应模糊滑模控制器,仿真实验过程中设计了两种不同跟踪的轨迹,然后与滑模控制器、模糊滑模控制器进行跟踪效果的实验对比。通过实验结果,验证了自适应模糊滑模控制器的优越性。最后,根据ROV推进器布置特点完成了 ROV水平面推力分配系统数学模型的搭建。建立了推力分配的优化目标函数和约束条件,设计了基于PSO优化算法的推力分配方法。将轨迹跟踪过程中由运动控制器实际解算出来的水平面3自由度实时力与力矩,作为ROV期望的力与力矩进行推力优化分配。通过仿真实验对比了所设计的推力分配方法与伪逆分配方法分配效果,最终验证了 PSO优化推力分配算法的有效性和优越性。