近年来,飞机、潜艇、船只失事频频发生,水下无人航行器(Unmanned Underwater Vehicle,UUV)作为能够有效搜寻海底失事目标的重要工具,越来越受到研究人员的青睐,因此,本文以搜寻海底目标为背景,开展多航行器编队控制方法的研究。本文主要研究两大内容:UUV相对海底的定高航行和编队协调控制。本文的主要研究内容如下:首先,建立惯性坐标系和随体坐标系;根据UUV的运动学特征和动力学特征,在惯性坐标系和随体坐标系中建立UUV的五自由度运动学和动力学模型;根据海底地形的典型特征,构造上坡、下坡、凸形、凹形典型地形的数学模型。其次,针对未知海底地形,提出了一种基于四个单波束声呐海底地形探测方案,通过将声呐采集的数据信息进行滤波去除噪声干扰,得到海底的局部地形特征,然后基于该局部地形特征提出了UUV相对海底定高航行的控制策略,该控制策略将相对海底定高的控制问题转化为相对海平面的变深控制问题。之后设计了可变深度控制器,并对该深度控制器进行鲁棒性分析。最后将提出的控制策略和控制器对上坡、下坡、凸形、凹形典型地形进行仿真实验,验证所提算法的有效性。再次,针对UUV编队协调控制问题,提出了时空解耦的控制结构,将编队控制问题解耦为空间上的路径跟踪问题和时间上的速度协调问题,编队中每个UUV各自运行路径跟踪控制器,确保运动轨迹收敛到给定路径,根据UUV之间交换的状态信息,为编队设计速度协调控制器控制各UUV的纵向速度,以维持稳定的队形。针对UUV的路径跟踪问题,基于反步法分别设计运动学控制律和动力学控制律,并证明了路径跟踪控制器的稳定性。针对水声通信信道窄带宽的特性,提出了一种只交换单变量状态信息的方法,能够有效减少编队中的通信量。针对速度协调问题,根据图论的相关知识建立协调误差模型,设计了编队协调控制器,通过控制路径跟踪中虚拟目标点的速度来实现编队的协调控制。最后,针对环境约束下的UUV编队协调控制开展研究,在UUV的路径跟踪问题中考虑了海流的干扰,在编队成员进行水声通信时考虑了通信的时延。针对路径跟踪中的海流干扰问题,海流速度由海流观测器估计得出。针对编队中通信存在通信时延的问题,提出了一种基于逻辑通信的协调控制策略,UUV通过状态估计器估计自身和其他UUV的状态,当估计值和实际值偏差达到某一阈值,编队中各UUV同步更新状态信息,来实现编队的协调控制。