随着人类对海洋资源的重视,自主水下航行器(Autonomous Underwater Vehicles,AUV)逐渐显现出其重要性。AUV对接回收是AUV实现工作续航、数据交换的有效方式。通过AUV与水下回收机构的连接,使AUV在能源耗尽前能够及时得到能源补充,并且将采集到的数据及时上传,进行数据交换。海洋环境极其复杂并且充满不确定性,在实际运行中,由于其强非线性、不确定性、多耦合性等特点,很难建立精准的动力学模型对其轨迹进行跟踪,使得AUV容易与对接装置发生碰撞。AUV回收对接过程中由于路径跟踪的误差以及外部海流环境的干扰,导致AUV与对接装置发生碰撞,本文在此条件下研究AUV与对接装置的碰撞情况,分析碰撞力大小,并通过虚拟样机仿真研究影响碰撞力大小的因素,最后研究AUV精准路径跟踪控制算法,避免AUV与对接装置发生碰撞。具体研究内容如下:(1)分析AUV回收对接系统、船舶碰撞及AUV路径跟踪控制算法的国内外研究现状和发展趋势,建立AUV运动学与动力学模型。(2)对AUV与对接装置发生的碰撞进行数学建模分析。介绍接触碰撞的相关理论,并利用动量定理、动量矩定理、恢复系数法及等效弹簧阻尼模型等方法分析计算碰撞力的大小及碰撞前后物体的运动情况。(3)针对AUV与对接装置发生的碰撞,利用ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)软件对其进行仿真分析,研究AUV初速度、导向罩开口角度、AUV与对接装置的偏心距以及AUV中心与对接装置中轴线的偏角这四个因素对碰撞过程的影响,得到相应的最大碰撞力,分析实际对接过程需注意的事项。最后根据仿真的数据利用多元非线性回归方程,得出最大碰撞力与AUV初速度、导向罩开口角度、AUV与对接装置的偏心距以及AUV中心与对接装置中轴线的偏角之间的回归方程,为之后实际对接装置优化提供参考。(4)针对水下机器人在对接过程中的路径跟踪问题,提出一种基于RBF神经网络的分数阶滑模控制算法。首先基于滑模控制设计AUV路径跟踪控制算法,将分数阶微积分引入滑模控制中的等速趋近律以消除系统的抖震,然后采用RBF神经网络对AUV运动模型中的不确定性及外界干扰进行补偿,最后通过Lyapunov定理证明控制系统的稳定性。与传统滑模控制器以及未考虑系统不确定性及外界干扰的分数阶滑模控制器的仿真效果相比,该控制器跟踪速度更快,稳定效果更好,跟踪性能更强。