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随着人类对海洋探索的逐渐深入,UUV在民用和军事领域的应用越发广泛,在UUV作业完成后,需要对其实施回收进行数据下载和能源补充等。近些年来,进一步考虑到隐蔽和安全因素,UUV回收方式逐渐由人工干预的方式向自主回收的方式转变,所以在回收过程中对UUV的运动控制要求也更加苛刻。本文以水下运动母船背驮搭载UUV回收方式为研究背景,重点研究该回收过程后期阶段中UUV变深运动和UUV对运动母船跟踪运动,针对该过程中UUV与运动母船在近距离相对运动时水动力干扰,以及模型预测控制方法在过程中应用等问题开展相关研究工作,课题主要研究如下方面:首先,建立固定坐标系和运动坐标系,结合UUV的运动特性,建立UUV的运动学方程;然后对UUV进行受力分析,包括水动力、静力、执行机构及干扰,并结合动力学知识,给出UUV空间六自由度运动方程;对UUV基本运动设计了仿真实验论证了所建立的模型的准确性。然后,根据运动母船背驮搭载自主回收UUV方式设计数值模拟方案,通过计算流体动力学软件Fluent对所设计的方案进行数值模拟,并分析数据,总结在该过程中UUV与母船近距离相对运动时所受的水动力干扰规律,并根据该水动力干扰规律对UUV模型中的垂向运动和纵倾运动进行一定修正,并给出该过程中的约束条件。其次,对UUV垂直面模型进行处理,给出在近距离相对运动过程中变深控制的预测模型;考虑到在UUV近距离相对运动过程中由于存在水动力干扰,采用可在线优化的模型预测控制方法,设计了基于人工蜂群优化的约束模型预测控制器,其中人工蜂群优化算法主要对QP问题进行求解;根据Lyapunov理论证明所设计控制器的稳定性;设计了仿真实验论证了上述所设计的控制器在UUV变深运动中的控制效果。最后,对UUV水平面模型进行处理,给出在近距离相对运动过程中跟踪运动母船控制的预测模型;考虑到对非线性时变系统离散化可能降低模型准确度,设计了一种基于连续的非线性系统的模型预测控制器;通过引入虚拟反馈机制并结合Lyapunov理论证明了控制器的稳定性;设计了仿真实验论证了上述所设计的控制器在UUV跟踪运动母船的控制效果。