欠驱动自主式水下航行器(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)的路径跟踪控制是指在不受时间约束的情况下,欠驱动AUV通过控制律的驱动能够按照期望路径航行。本文针对未知时变环境扰动、模型参数摄动、动态不确定性与输入饱和约束下的欠驱动AUV运动控制问题,开展如下研究工作。(1)针对模型不确定项、未知时变环境扰动与输入饱和约束下的欠驱动AUV地形跟踪控制问题,提出一种基于递归滑模的自适应神经网络控制方法。首先,基于“虚拟向导”跟踪策略建立垂直面地形跟踪误差模型。其次,引入“趋近角”路径跟踪导引策略,有助于调整AUV趋向且收敛至期望路径的暂态行为。然后,将非线性函数引入到虚拟控制律和基于递归滑模控制方法设计的动力学控制律,改善系统控制精度与动态品质之间的矛盾,提高系统稳定性。同时,引入神经网络逼近模型不确定项,并设计自适应律估计神经网络逼近误差与外界环境扰动总和的界。最后,设计辅助动态系统补偿系统控制输入饱和的问题,实现欠驱动AUV对期望路径和期望速度的有效跟踪。(2)针对参数摄动约束下的欠驱动AUV三维直线路径跟踪控制问题,提出一种固定时间收敛的非奇异快速终端滑模控制方法。首先基于“视线法”和“虚拟向导”思想建立三维直线路径跟踪制导律,将位置误差镇定控制转化为欠驱动AUV纵向速度误差、艏向角误差和纵倾角误差的镇定控制。其次,利用反步积分滑模和非奇异快速终端滑模设计纵向速度控制器、艏向角速度控制器和纵倾角速度控制器。最后,将仿真结果与自适应滑模控制器在同等条件下做对比和控制效果分析,仿真验证所提出的控制律能够使欠驱动AUV在参数摄动约束下能良好地实现三维直线路径跟踪功能,并且具有更短的系统收敛时间。(3)针对多种扰动和输入饱和约束下的欠驱动AUV三维曲线路径跟踪控制问题,提出一种基于降阶扩张状态观测器(ESO)的反步积分滑模控制方法。首先,基于“虚拟向导”跟踪策略建立三维路径跟踪运动学误差模型。其次,基于“视线法”设计视线角导引律。通过动态面方法获得虚拟控制信号的导数,避免直接对虚拟控制量解析求导所引起的“计算膨胀”问题,然后,引入降阶ESO估计和补偿由模型不确定性和外部环境扰动产生的混合不确定项;并设计辅助动态系统来补偿系统控制输入饱和对系统的影响。最后,将所设计控制器与反步法控制器和滑模法控制器在同等条件下做数值仿真对比,验证所设计控制器的有效性和鲁棒性。