水下仿生研究主要关注鱼类及鲸豚类高效、高机动的推进方式，为高性能水下航行器的设计和研制提供理论基础及技术支撑，应用前景广阔。本文主要针对仿生系统的机动能力和续航能力，在基于仿生中枢模式发生器(CentralPattern Generator，CPG)的多模态运动控制及优化、机器鱼倒游机动及三维大范围转向机动控制、滑翔机器海豚模块化设计及滑翔运动控制等方面开展研究，主要内容如下:　　首先，针对基于Hopf振荡器的CPG模型，构建双边扰动信号，引入相位决定因子，实现了CPG输出信号间相位关系的灵活调节;基于Kane方法构建了机器鱼游动的动力学模型，并采用粒子群优化算法，给出一种CPG关键参数的优化整定方法;参考鳗鲡科鱼类的倒游机动，采用改进的CPG模型，实现了机器鱼的稳定倒游及直游、倒游运动的平滑切换;探讨了CPG关键参数对倒游机动的影响，并给出了机器鱼直游、倒游机动的运动学比较与分析。　　其次，通过引入宽扁形偏航头部及多自由度胸鳍机构，给出一种机动型机器狗鱼的设计方案;结合狗鱼S形起动的形态特征及水动力学知识，建立了多关节链式结构仿生机器鱼的S形起动模型，实现了峰值速度为318.08±9.20°/s及转向误差为1.03±0.48°的S形起动;基于C形起动控制算法，利用头部的偏航运动，机器鱼实现了360°的偏航转向;基于三维动力学分析，机器鱼利用胸鳍转角控制，实现了360°大范围的俯仰及横滚机动转向，体现了良好的三维机动能力。　　第三，针对传统机器海豚续航能力较差的问题，将滑翔的理念引入到机器海豚的设计中，给出一种便携式、模块化及高安全性的机器海豚设计思想，以提高其在复杂水域的续航能力和机动能力。滑翔机器海豚采用虎鲸的流线外形，其模块化的设计方案有利于装配、维护和运输;可控的胸鳍及尾鳍机构能够有效地调整俯仰力矩，实现快速的滑翔姿态调整;紧急抛载机构能够避免水草缠挂及杂物阻塞情况下的高额损失;腰关节、尾关节及偏航关节的设计有利于实现高速推进及机动转向。　　第四，基于动量及动能方程构建了滑翔机器海豚三维滑翔动力学模型，并详细分析了其纵平面内稳态滑翔运动;采用CFD方法仿真了滑翔机器海豚关键部件的水动力学参数，分析了滑翔机器海豚的流体力学性能;探讨了胸鳍及尾鳍转角对机器海豚滑翔姿态的影响，表明了可控鳍面对姿态调整的有效控制作用;实验验证了机器海豚的稳态滑翔、背腹式推进及胸鳍拍动等运动，证明了仿生机构设计及控制方法的有效性。　　最后，对本文工作进行了总结，并指出了需要进一步开展的研究工作。