水下滑翔器(Underwater Glider)是一种新型的水下自航行器(Autonomous Underwater Vehicle,简称AUV),由于其在位作业时间长、巡航范围广、能耗少等优点,已经逐渐应用于海洋监测和探测领域,发挥着越来越重要的作用,受到广泛关注。根据所使用的驱动能源,水下滑翔器可分为电能驱动与温差能驱动水下滑翔器。温差能驱动水下滑翔器使用海洋温差能作为驱动能源,其能耗更小,在位工作时间更长,噪音更小。本文设计开发了温差能驱动水下滑翔器,并进行了水域试验,验证了水下滑翔器设计的正确性和功能实现的有效性。在水下滑翔器的设计过程中,论文建立了水下滑翔器动力学模型,并进行了控制器设计,以确定相关设计参数和分析系统的运动特性。本文的主要研究成果为:1.设计了我国首台温差能驱动水下滑翔器试验样机,此样机可以利用工作水域表层与深水层约10摄氏度的温度差实现动力驱动,通过浮力的改变实现沉浮,通过耐压舱内部偏心旋转重物和平移重物的运动实现姿态调整。2.使用吉布斯——阿佩尔方程(Gibbs–Appell Equations)建立了水下滑翔器系统动力学模型。此模型同时考虑了偏心旋转重物与平移重物的共同作用,能够准确反映水下滑翔器的动力学特性,对同类水下自航行器的动力学建模具有参考价值。本文分别对滑翔器在三维空间和垂直剖面的运动性能进行了分析,研究了水下滑翔器设计参数与运动性能的关系,获得了水下滑翔器运动速度范围和运动方向范围,并确定了相关的设计参数。3.设计了水下滑翔器LQR调节器,对滑翔器闭环反馈系统在垂直剖面的运动作了仿真分析,研究了系统对干扰的抑制能力和对参考输入的跟踪情况。4.考虑到水下滑翔器的参数不确定性,设计了基于参数不确定性控制模型的H∞鲁棒控制器。论文对闭环反馈系统的标称性能,鲁棒稳定性和鲁棒性能进行了分析,得出了相关设计参数的摄动范围,保证了水下滑翔器在一定的参数摄动情况下仍能获得良好的控制效果,增加了水下滑翔器的运动安全性。