1、水下滑翔機器魚是一種新型水下機器人，結合了仿生機器魚和水下滑翔機的特點，具有體積小、成本低、混合驅動、工作方式靈活和續(xù)航時間長等優(yōu)點，在水下協(xié)同探測與搜救等領域具有廣闊的應用前景。本文根據(jù)滑翔機器魚的自身特點及應用需求，在建立其數(shù)學模型的基礎上，應用模型預測控制方法，深入研究了姿態(tài)控制和跟蹤控制設計方法，包括指標函數(shù)的構造、數(shù)值優(yōu)化算法的選擇和控制器參數(shù)的設計等，具體研究結果可歸納如下。
　　首先，根據(jù)滑翔機器魚的組成及原理，將機

2、器魚簡化為若干適當位置的動態(tài)和靜態(tài)質點，進而將整個機體看作由動態(tài)質量（移動滑塊）和靜態(tài)質量（其余部分）組成二剛體系統(tǒng)進行受力分析。建立了慣性、機體、和速度坐標系并推導坐標系轉化關系，由方向余弦矩陣微分方程和坐標轉化關系得到了運動學方程，再基于機體所受力和力矩關系分析建立了動力學方程，從而完成了系統(tǒng)建模。在此基礎上，搭建了Simulink仿真模型，為后續(xù)研究奠定了基礎。
　　其次，針對滑翔機器魚滑翔運動中的姿態(tài)控制需求，根據(jù)水下滑翔

3、機器魚的模型特點，設計了基于非線性模型預測控制方法的姿態(tài)控制器，實現(xiàn)了以魚尾角度為輸入的偏航角控制及以滑塊質量矩為輸入俯仰角的控制。為解決輸入飽和及跳變問題，對指標函數(shù)進行了改進，同時結合仿真分析了指標函數(shù)中加權系數(shù)的作用，并給出這些系數(shù)合理的選擇方法。為提高滾動優(yōu)化的實時性，對不同的數(shù)值優(yōu)化算法進行了對比分析，給出了減小計算耗時的方法。然后，通過大量的仿真分析驗證了方法的有效性。
　　最后，針對滑翔機器魚實際應用中的跟蹤和懸停工

4、作模式需求，進一步研究了基于非線性模型預測控制的跟蹤控制問題。通過構造不同的指標函數(shù)，分別設計三個輸入（水囊質量、滑塊位置、魚尾角度）和兩個輸入（水囊質量、滑塊位置）兩種情形下的目標控制器，前者可以不僅可以實現(xiàn)目標跟蹤、還可以實現(xiàn)目標點處的懸?？刂?；后者只能實現(xiàn)途徑目標點，但與前者相比更加節(jié)能。針對后者欠驅動特性導致跟蹤能力限制，結合模型對兩個輸入情形下的可行域進行了分析，給出了所能跟蹤的目標點的區(qū)域。此外，進一步設計了通過姿態(tài)控制位置