潜水器是进行海洋探索、参与国际竞争、提振国家实力必不可少的战略设备。同时潜水器也是多个领域的交叉产品。我国在潜水器研究领域有着卓越的成果,如潜龙一号、潜龙二号与蛟龙号等。随着潜水器应用领域增多,日趋复杂的工程任务对潜水器的控制性能也不断提出挑战,因此设计潜水器的高性能鲁棒控制算法是潜水器系统整体设计中的关键技术。本文在对国内外潜水器轨迹跟踪控制算法的研究成果分析基础上,以一类过驱动潜水器作为研究对象,提炼出跟踪控制算法设计及应用中需要注意或避免的问题,设计了对外界扰动有强鲁棒性的控制器,并提出了控制分配算法成功解决了潜水器的过驱动问题,主要研究内容如下:1.根据潜水器的六自由度工作特性,分别建立惯性坐标系和体坐标系,并通过欧拉变换建立起两者之间的关系,同时考虑外部扰动以及系统参数不确定性,构建复杂环境下潜水器的运动学-动力学方程。2.针对系统中存在的参数不确定性与外界扰动组成的集总扰动,设计扩张状态观测器对集总扰动进行估计,并使用估计值对集总扰动进行前馈补偿,在此基础上设计全阶非奇异终端滑模控制算法,实现潜水器在扰动下对预设轨迹的跟踪控制。3.对潜水器系统中的扰动进行分析,将扰动分为有益项和有害项,有效利用有益扰动的信息。通过李雅普诺夫函数设计控制器,补偿有害扰动,提高潜水器的轨迹跟踪性能。4.针对潜水器的过驱动特性,同时考虑能量优化的问题,基于二次规划设计了一种控制分配算法,并给出了执行器能量计算方法与控制系统误差累计计算方法。最终,仿真结果证明本文所设计控制分配算法具有能量节省特性。