随着世界海洋经济的快速发展,世界各国对海洋资源越来越重视,对水下机器人的相关理论和技术性创新不断创新,自主式水下机器人作为当今海洋搜索的重要工具,在能源、军事、海洋环境监测以及水下搜救等领域已经得到广泛的应用,自主式水下机器人（AUV）的功能性创新和应用也越来越被各国科研人员所重视。本文以江苏科技大学自主研制开发的“探海Ⅱ型”AUV作为研究对象,着重“探海Ⅱ型”AUV三维轨迹跟踪控制的方法研究,并参加研制了“探海Ⅱ型”AUV的自主回收对接系统,主要工作如下:首先分析了AUV国内外的发展现状,并分析了AUV对接装置以及三维轨迹控制方法在国内外研究现状和发展趋势,根据“探海Ⅱ型”AUV的实际情况和需求,对“探海Ⅱ型”AUV进行了数学建模,包括运动学、动力学等模型,并制定了“探海Ⅱ型”AUV回收对接与轨迹跟踪控制系统的总体方案。其次着重研究了AUV三维轨迹跟踪问题,为解决AUV在海流干扰、控制器超调及模型不确定下的三维轨迹跟踪控制问题,在运动学控制器中,设计具有自适应律的虚拟向导,减弱了洋流干扰提高了系统稳定性。在动力学控制器中,引入二阶微分跟踪器,确保纵向速度控制过渡时间短、不出现超调;并应用径向基神经网络（RBF）对AUV模型的不确定项进行逼近并补偿。数值仿真结果表明该控制器能够有效提高三维轨迹跟踪控制精度。然后考虑到海洋自然环境恶劣,常规AUV在轨迹跟踪控制中普遍存在收敛速度慢、控制器输出容易饱和、自身模型的不确定性等问题。提出基于自适应有限时间和降阶扩张观测器的双闭环轨迹控制策略,位置控制器使用自适应有限时间方法来设计,加快AUV位置变量的收敛速度;姿态控制器引入降阶状态观测器、新型趋近律、输出饱和辅助函数等方法设计,在三维仿真环境下可表明,所设计的控制器在收敛速度、控制精度、鲁棒性较好,能满足AUV的轨迹跟踪控制需要。最后,参与设计并研发了“探海Ⅱ型”AUV上位机和对接坞的自主对接试验控制系统,并在苏州沙洲湖进行了AUV轨迹跟踪控制系统试验与自主回收对接湖试,实验内容主要涉及了水下多边形追踪控制系统,连续回收对接试验,利用了连续多组在不同的轨迹的实测并验证了所设计的控制器与轨道跟踪控制技术,实验结果表明AUV的轨迹跟踪控制精准且回收对接成功率较高。