智能水下航行器(Autonomous underwater vehicle,AUV)因为其强自主性在海洋开发中扮演着重要的角色。当前大多数的舵桨联控AUV尾舵布局形式为十字舵,这种布局结构简单、操控方便,但是存在可靠性较低等缺陷。X舵是不同于十字舵的一种特殊AUV尾舵布局形式,相比于十字舵可以提高AUV的操纵性,并且能够实现横滚控制。另外,四个舵形成冗余配置,可以获得更好的可靠性。本文从“WL-2”型AUV运动模型出发,将十字舵修改为X舵,在此基础上开展控制分配算法优化、基于支持向量机的故障诊断及控制再分配的容错控制等问题研究,具体研究内容如下:(1)X舵AUV运动仿真建模与运动控制器构建。定义X舵AUV相关符号参数,建立X舵AUV的六自由度动力学模型。针对X舵AUV复杂的工作环境与驱动特性设计各自由度所需的自适应PID控制器。搭建基于Matlab2016/Simulink的AUV运动仿真模型,对自适应PID控制方法进行AUV运动控制仿真验证。(2)X舵AUV控制分配方法研究。建立X舵AUV的控制分配数学模型,针对现有水下机器人控制分配技术存在的分配精度与分配效率问题提出改进二次规划控制分配算法。采用拉格朗日乘子法替换序列二次规划子问题求解的原算法,在实现分配精度的同时提高控制分配计算效率。当控制系统误差输入变化较大时,舵角切换出现骤变会不利于舵机寿命以及导致执行机构响应不及时的问题,通过在控制分配优化目标函数中加入动态项及动态的改变执行器的约束,优化控制分配结果。在X舵AUV运动控制仿真中,改进控制分配算法的控制分配结果良好。(3)X舵AUV尾舵故障诊断及容错控制方法研究。利用小波法与阈值法对AUV进行故障诊断时,其阈值不容易确定且带有主观性,并且AUV弱故障与正常下的状态边界往往比较模糊,针对这些问题,提出基于SVM的AUV故障诊断方法。通过引用滑模状态观测器输出AUV的理想状态,以动力学模型输出AUV的实际状态,取不同工况下两种AUV运动状态输出的残差数据,一部分用以训练SVM得到故障诊断模型,另一部分对模型进行测试验证。提出基于短暂试航的故障定位方法,通过定义力矩方向矩阵并与其各列进行匹配,从而定位故障舵。最后提出基于控制再分配的容错控制策略,通过更新控制分配效率矩阵进行力矩再分配。在X舵AUV不同工况条件下的容错控制仿真中,容错控制策略的有效性得到验证。