水下機器人涉及結構機械、材料、流體、控制、能源、計算機、水聲等科學和技術的諸多領域。它既可用于海洋水文參數(shù)測量、礦產(chǎn)資源勘測、深海生物種群調查、深海基因獲取等海洋工程，也可用于隱蔽偵查、載荷投送、中繼通信等軍事應用，已經(jīng)產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益，更具有潛在的應用前景。

　　其中水下機器人家族中的載人潛水器可運載科學家到達深海的海山、熱液、盆地和洋脊等復雜海底地形進行巡航、懸停、正確就位和定點坐坡作業(yè)，使得人類身臨其境探求深海奧秘的夢想得以實現(xiàn)，也使人類的智慧在深海作業(yè)中得到及時充分的發(fā)揮。因此，深海載人潛水器技術成為美、俄、法、日等世界各國投巨資爭相研究的熱點。

　　在深海載人潛水器控制系統(tǒng)研究中，兩個最基礎性的控制問題就是如何精確地知道潛水器當前的位置，第二個問題就是復雜海洋環(huán)境下控制參數(shù)如何自動調整。其中控制系統(tǒng)更是載人潛水器的核心技術之一。

　　一篇名為“載人潛水器‘蛟龍’號的控制系統(tǒng)研究”的研究論文近期發(fā)表于《科學通報》2013年第58卷的增刊Ⅱ，從“蛟龍”號控制系統(tǒng)的角度重點研究了其深海高精度導航、復雜海洋環(huán)境下的控制參數(shù)在線調整策略，而且還開發(fā)了載人艙內綜合信息顯控、水面監(jiān)控、黑匣子數(shù)據(jù)分析和控制系統(tǒng)測試等平臺。成功完成了世界上首次在7000米深度近海底的自動定向、定深、定高、定速和懸停定位5種全自動航行控制功能。領導該研究團隊的是中國科學院沈陽自動化研究所機器人學國家重點實驗室王曉輝研究員，主要研究人員包括劉開周、祝普強、趙洋、崔勝國等。

　　與淺水區(qū)域導航不同之處主要在于，淺水區(qū)域可以獲得潛水器相對于海底的速度，而且可以按照一定周期/航程浮到水面進行校準，因此可以獲得較高的導航精度。深海區(qū)域的導航則需要處理聲學定位所固有的散點多，且觀測周期與控制周期非同步等問題。

　　該研究的創(chuàng)新之處在于提出了無色自適應卡爾曼濾波的深海高精度導航定位方法。同時為了克服“蛟龍”號參數(shù)時變、閉環(huán)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的不確定性問題,借鑒專家控制經(jīng)驗,研究了基于模糊原理的控制參數(shù)在線自動調整的控制策略,以及基于數(shù)論的數(shù)值處理方法以獲得執(zhí)行機構的控制量。“蛟龍”號于2009年8~10月、2010年5~7月、2011年7~8月和2012年6~7月分別完成1000,3000,5000和7000米級海上試驗，并于2013年成功完成首次實驗性應用，采集了豐富的海底樣品，發(fā)現(xiàn)了新的物種，并且經(jīng)受住了5年70余次的下潛考驗。試驗結果表明，“蛟龍”號控制系統(tǒng)的功能完善、性能先進、運行穩(wěn)定可靠，同時也標志著我國載人深潛技術和深海資源勘探能力達到國際先進水平。

　　(a)載人潛水器蛟龍?zhí)?b)蛟龍?zhí)柵搩瓤刂葡到y(tǒng)(c)綜合信息顯控(d)水面監(jiān)控

　　該研究也對大深度有人/無人深海裝備的深海高精度導航、復雜環(huán)境下水下機器人的高精度控制等內容的深入研究具有極大的參考價值，此外，對于其他類型海洋工程裝備的研發(fā)也具有重要的借鑒意義。