随着科技的发展以及海洋探索的深入,自主式水下机器人(Autonomous Underwater Vehicle,AUV)在海洋观测、海上救援、雷区搜索、敌情侦察等领域得到广泛应用。然而当面对高时效、大尺度的任务需求时,单个AUV已经无法满足要求,多AUV系统凭借其时空分布带来的高效性以及冗余配置带来的可靠性,为复杂海洋任务提供了新的解决思路。多AUV系统不单体现在数量上的增加,而且通过彼此之间的协调与合作完成单AUV难以胜任的任务,编队控制作为多AUV协调控制的一个典型问题,是研究其它协作问题的基础。另外,水下通信的不稳定因素给多AUV协调与合作带来很大的挑战。本文从工程实用的角度出发,针对多AUV编队控制与协同搜索开展了以下几方面的研究:(1)开展了AUV路径点跟随与路径跟随方法研究。AUV运动控制是多AUV编队控制的基础,针对AUV路径点跟随问题,在制导-控制框架下,基于级联系统理论探讨了纯跟踪制导时AUV全局渐进收敛至期望路径点的充分条件,结合S面控制算法设计了AUV路径点跟随控制器,并开展了海上试验。针对AUV路径跟随问题,同样在制导-控制框架下,设计了基于改进视线法的制导律,应用李雅普诺夫理论与级联系统理论对制导-控制系统进行了稳定性分析,并开展了海上试验。(2)开展了基于路径跟随的多AUV编队控制方法研究。为每个AUV引入了一个辅助点,通过驱使辅助点沿路径航行间接实现了AUV的路径跟随,通过同步各辅助点实现了多AUV编队控制,基于李雅普诺夫直接法设计了协调编队制导律及同步律,结合级联系统理论对系统进行了稳定性分析,并开展了海上试验。(3)研究了AUV目标跟踪问题。针对声视觉系统获得的目标信息,采用无迹卡尔曼滤波算法实现了对目标运动状态的估计。根据李雅普诺夫直接法结合平行制导设计了目标跟踪制导律,采用S面控制算法实现了AUV对水下目标的跟踪,并开展了水池试验。(4)开展了基于目标跟踪的多AUV编队控制方法研究。针对水下通信环境的不稳定性,采用极大似然估计对水声通信获得的领队位置、速度信息和前视声呐探测得到的相应信息进行融合,以获得更加稳定准确的领队信息,结合上一部分设计的目标跟踪方法实现了多AUV编队控制,并开展了海上试验。(5)在编队控制的基础上,从体系结构、通信协议及协同策略的角度对多AUV协同搜索过程中典型的AUV失效问题开展了研究。针对水声通信的不稳定特性设计了协同消息转发机制,根据通信状态逻辑运算给出了AUV失效的判断方法,构建了基于消息的协同策略结构,并进行了仿真实验。