1.一种全驱动自主水下机器人回收三维路径跟踪控制系统的控制方法，全驱动自主水下机器人回收三维路径跟踪控制系统包括AUV本体控制系统(1)和对接坞控制系统(2)，AUV本体控制系统(1)位于整个AUV的中间段，包括主控制板(3)、视觉处理单元(4)、电池包(5)、超短基线接收器(6)，多普勒计程仪(7)和推进模块(8)，视觉处理单元(4)安装于AUV艏段，电池包(5)位于AUV本体控制系统(1)底部，通过隔板与主控制板(3)隔开，超短基线接收器(6)和多普勒计程仪(7)安装于AUV底部，裸露在舱壳外，推进模块(8)位于AUV艉段，采用桨后舵设计，视觉处理单元(4)、超短基线接收器(6)，多普勒计程仪(7)和推进模块(8)通过电源线和信号线与主控制板(3)相连，电池包(5)通过电源线给主控制板(3)供电，AUV本体控制系统(1)与监控上位机(9)之间通过无线信号进行通信，对接时，在AUV本体控制系统(1)和对接坞控制系统(2)之间运用超短基线(10)和超短基线接收器(6)进行无线通信，对接坞控制系统(2)安装在基座(11)上，喇叭口(12)通过支架固定在基座(11)上，对接坞包括超短基线(10)、喇叭口(12)和标志灯(13)，超短基线(10)垂直放置，安装于喇叭口(12)正上方，标志灯(13)安装在喇叭口(12)下方，超短基线(10)和标志灯(13)通过导线与对接坞控制系统(2)相连，对接坞控制系统(2)与监控台(14)之间通过光电复合缆(15)进行连接；

全驱动自主水下机器人回收三维路径跟踪控制系统的控制方法，其特征在于，回收控制过程包括以下两个过程：直线归位过程(16)，这个过程是指回收装置(17)用超短基线定位到AUV开始,进入对接中轴线(18)的跟踪过程；利用超短基线提供的相对位置、姿态信息来调整AUV与对接装置的位置，使得在消耗较小的情况下，将AUV航行至直线追踪点(19)附近，到达直线追踪点(19)附近开启改进的S面控制器，即改进的Sigmoid面控制器，使AUV的姿态与中轴线(18)一致，利于进一步实时对接；

直线跟踪过程(20)，这个阶段指是指AUV重心进入中轴线(18)开始直到距离对接口3‑5米的阶段，在这个阶段要保证AUV沿中轴线(18)航行，且艏向角指向最终校准点(21)之后保持艏向并完成对直线的跟踪；

所述直线归位过程(16)和直线跟踪过程(20)的三维路径跟踪控制方法包括以下步骤：步骤1：建立坐标系并构建AUV数学模型；

步骤2：将AUV6自由度模型分解为垂直面控制模型和水平面控制模型，同时忽略它们之间的耦合；

步骤3：将垂直面控制模型和水平面控制模型的数据离散化，运用模型预测控制算法，根据AUV路径跟踪目标量和预测值的偏差对系统进行实时修正，输出S面控制的最优参数；

步骤4：采用改进的S面控制算法输出推进器推力，对AUV进行运动控制，完成AUV回收三维路径跟踪；

所述改进的S面控制算法包括以下步骤：

步骤1)：运用的模型预测控制算法性能指标是一个全面反映滚动时域优化的性能指标；

式中：T为预测周期，μ1、μ3分别代表输出中端约束和控制输入在性能指标J中所占的权值，μ2表示跟踪误差在性能指标中占的权值， 为系统在某个时域τ∈[0,T]内的预测输出， 为在某个时域τ∈[0,T]内的期望输出即参考输出；

步骤2)：采用改进的S面控制算法输出控制量，对AUV进行运动控制，完成AUV回收三维路径跟踪；

S面控制器的控制模型为：

其中，k1和k2为控制系数，可以将其类比为PID控制器中的PD系数，Δu为调整项，可以将其考虑为一段时间内的固定干扰力，e和 为控制输入信息，e为深度和艏向角误差信息，为深度和艏向角误差变化率，u为控制输出，在AUV里考虑其为对应推进器的推力和转矩；

结合PID控制的特点，对S面控制器的Δu项设计成积分项，控制模型即为：即当 或 时，对S面控制进行积分，当 或e(t)＝0时，不对S

面进行积分，k3为积分项的可调控制参数。

2.如权利要求1所述的全驱动自主水下机器人回收三维路径跟踪控制系统的控制方法，其特征在于，其中步骤1的构建AUV数学模型包括以下步骤：步骤1：首先建立两种坐标系：大地坐标系和运动坐标系，AUV的运动学方程将浮心作为运动坐标系原点，得到以下方程：式中：X，Y，Z为AUV在运动坐标系上所受到的三个轴方向的力；K，M，N为AUV在运动坐标系上所受到的三个轴方向的力矩；m为AUV本体的质量；xG，yG，zG分别为AUV重心的坐标；Ix，Iy，Iz分别为AUV在3个坐标轴的转动惯量；u，v，w为AUV速度在载体坐标系3个坐标轴的分量；

p，q，r为AUV角速度在载体坐标系3个坐标轴的分量；

步骤2：基于上述方程，可得到AUV垂直面控制模型，首先，得到简化的AUV垂直面的运动方程，其中，yg为0，z轴向浮潜方程为：Zuquq+Zuwuw+Zprop+Fi                          (2)恒速 为0，y轴向纵倾方程为：

Muquq+Muwuw+Mprop+Fi                          (3)上式中：Fi为高斯白噪声；Zw|w|，Zq|q|分别为速度和角速度在运动坐标系上的垂向动力系数，Zuq，Zuw分别为速度和角速度在运动坐标系上的垂向动力系数分量，Mw|w|，Mq|q|分别为速度和角速度在运动坐标系上的纵倾动力系数， 分别为多元矩阵函数中w、q两个分量在纵倾面的一阶偏导数，Muq，Muw分别为速度和角速度在运动坐标系上的纵倾动力系数分量， 分别为多元矩阵函数

中w、q两个分量在垂向面的一阶偏导数；Zg为z轴方向的受力；

Mg为重力；Zprop，Mprop分别为z轴方向的推力和y轴方向的推力矩；xg，zg为重心坐标；

然后，将模型参数代入垂直面控制模型，得到z轴向浮潜方程为：

式中：θ为纵倾角，为横滚角；

y轴向纵倾运动方程为：

若假设AUV航行的深度未发生改变，仅有航向、航迹发生变化，则认为AUV重心保持在水平面上，水平面内AUV在惯性坐标系的坐标变换关系即可表示为：其中大地坐标系以水平面一点E为原点，ξ轴指向地理北向、η轴指向地理东向，ζ轴分别指向地心，ψ为航向角，为ξ轴位移量的积分， 为ζ轴位移量的积分，为航向角旋转量的积分；

在w＝0，p＝0，q＝0，yg＝0的条件下，首先简化得到水平面AUV的运动学方程，即x轴向进退运动学方程为：y轴方向平移运动学方程为：

z轴向转艏运动学方程为：

式中，Xu|u|为速度在运动坐标系上的轴向动力系数， 为多元矩阵函数中分量u在轴向的一阶偏导数，Xvr，Xrr分别为速度和角速度在

运动坐标系上的轴向动力系数分量，Yv|v|为速度在运动坐标系上的侧向动力系数，为多元矩阵函数 中分量v在侧向的一阶偏导数，Yvr，Yuv分别为速度和角速度在运动坐标系上的侧向动力系数分量，Nv|v|，Nr|r|分别为速度和角速度在运动坐标系上的转艏动力系数， 为多元矩阵函数 中分量r在艏向的一阶偏导数，Nur，Nuv分别为速度和角速度在运动坐标系上的转艏动力系数分量，Xprop，Yprop，Nprop分别为轴向、侧向和垂向的推力矩；

然后，将AUV模型参数代入水平面控制模型，得到x轴向进退运动方程为：

2 2

∑X＝6sinθ+Xprop+Fi+‑10.050u|u|‑146.848wq+‑12.816q +146.848vr‑12.816r  (10)y轴方向平移运动方程为：

z轴向转艏运动方程为：