海洋中拥有非常丰富的资源，对于海洋资源的开采与研究是我国乃至于全人类在21世纪可持续发展战略的重要一步。对于海洋的资源开发也成为了许多国家的研究重点[1]。由于人类自身受各种生理条件和地理条件所限，为了克服在科研中和军事活动中海洋环境带给我们的困难，人们先后研制出了适用于各种水下环境作业的自主式水下机器人。同时随着数字计算机技术、水下视频、水深定位导航、声纳成像等技术的高速发展，发达国家先后研制了自主式水下机器人[2]。由于它不载人，所以省去了载人的舱室以及生命保障系统，可以做到更轻巧灵活，从而避免了潜水病和人身事故。

常见的水下机器人，一般按照机体结构以及相应功能可划分为[3]：遥控式水下机器人（Remotely Operated Vehicles，简称ROV，由水面操作员控制）；无人式水下机器人（Unnamed Underwater Vehicles，简称UUV，半自主或预编程式控制）；智能水下机器人（Autonomous Underwater Vehicles，简称AUV，全自主式或智能式控制）。在实际中，AUV正是人类认识海洋并且开发利用海洋的重要载体工具之一。人们对AUV的智能化程度要求也在日益提高，期望AUV在运动中能够感知周围环境，并且根据周围环境状况适时调整自身运动状态以满足进行科研研究和军事活动的水下作业目的。在实际中，AUV作为一种特殊的工具，非常适合进行海底勘探，它生产成本低，同时又非常安全。而与ROV 相比，AUV 本身不带缆、高度智能化、安全可靠的优点决定了它体积较小、费用较低的特点

[4]。自主式水下潜器无论在军事还是民用方面都有广泛的应用。军事方面如战区侦察、探测并扫除水雷、潜艇对抗、海上预警、封锁航线或港口、攻击敌舰船或潜艇、破坏石油设施及通讯网络等；民用方面如海洋资源勘察与开发、海洋环境变化监测、海底地形地貌调查与勘测以及深海技术、水下设施检查、海洋救险和打捞等。AUV 具有环境适应性强、活动范围大、使用方便等诸多优势，是最好的水下作业工具之一。自主式水下机器人(AUV)的自身优势，决定了它是水下机器人今后的主要研究方向[5-6]。

根据AUV的通用定义标准，机器人主尺度在1~3米之间的一般称之为小型水下机器人。微小化是近来水下机器人的研究热点，因为微小化的水下机器人具有低噪声、成本低、体积小、适合执行一些特殊的水下任务。

小型自主式水下机器人的控制设计是水下机器人控制系统的最要研究领域。水下自主航行器由于其自身的特点，使得控制系统的设计存在一定的困难，包括非线性的动力、不确定的模型以及存在的难以估计或测量的扰动，这些都是制造AUV过程中要解决的难题。自主式水下机器人的动力控制是水下机器人的控制系统中最具代表性的难点问题，不仅需要保证稳定性和连续性，同时典型的线性控制系统在AUV的动力控制中难以适应。由于流体力学的系数不确定还存在许多各种各样的水动力系数，以及电流的存在会造成不可估计的干扰，所以自主式水下机器人的控制设计存在很大的难题。设计控制系统时要针对小型水下机器人这种特殊的控制对象，合理选择控制方法，使控制性能达到最优。

同时，小型水下自主式机器人还存在以下的难点：

1.小型水下机器人具有非线性的特点以及水动力参数的不确定，所以很难建立准确的AUV水动力数学模型，增加了控制系统的设计难度。

2.可用的水下传感器较少，精度很难满足要求。

3.研制尺寸小、重量轻的小型水下机器人，这就对控制系统硬件大小上有着一定要求。

4.由于水下光照的情况不确定，采用水下摄像头进行自主视觉局部定位时的精确难以达到较高要求。