进入21世纪后,随着全球化的发展,世界各国纷纷将海洋安全战略提高到国家战略的高度,目前,海上安全问题也是我国国家安全和实现国家全面发展所面临的首要问题之一。随着海洋冲突向局部性、突发性和紧急性发展,水面无人平台是实现海面信息感知和预警侦察的最佳方式,便携易投放的、能够自主稳定的水面小尺度浮动平台为海面信息探测提供一个稳定平台。水面小尺度浮动平台能够快速的为负载系统提供一个探测和跟踪的稳定基座,通过浮式稳定平台和稳定控制系统抑制风、浪、涌的扰动。因此围绕水面小尺度浮动平台所面临的扰动响应和姿态稳定控制问题开展研究,具有重要意义,也可为同类平台的后续研究奠定基础。本文以水面小尺度浮动平台为对象,提出结构紧凑、能够快速漂浮和自主稳定的多浮体平台方案,研究柔性连接的小尺度浮动平台的水动力学模型,探讨不同系统结构参数下浮动平台的扰动响应特性;针对浮式稳定平台的大负载和高惯量特点,分析稳定平台的空间刚柔耦合动力学特性,基于动力学模型和工作空间,设计浮动平台的姿态稳定控制策略,最终设计浮动平台的缩比模型实验和稳定与跟踪测试实验,验证动力学模型和姿态稳定控制策略的正确性和有效性。主要研究内容和创新点如下:针对浮动平台的结构特点和工作环境,确定浮动平台的组成和总体结构方案,设计结构紧凑的浮式姿态稳定平台,分析稳定平台的结构原理和自由度,概括水面小尺度浮动平台的分析方法。建立柔性连接的小尺度浮动平台的水动力学模型,完成平台结构参数对系统响应影响的分析。基于理想流体假设和莫森方程,计算平台主体和浮囊系统的浮力和波浪力,通过连接点位移矢量计算弹性连接件的回复力;建立柔性连接的小尺度浮动平台的水动力学模型,计算平台载体在3级海况下的频域和时域扰动响应;分析连接件刚度、浮囊直径和系统质心对小尺度浮动平台系统扰动响应的影响规律,优化浮动平台结构参数。建立浮式姿态稳定平台的空间刚柔耦合动力学模型,分析惯性参数和连杆弹性对系统姿态稳定性能的影响。基于浮动平台的空间特性和稳定需求,设计浮式姿态稳定平台,推导稳定平台的运动学模型和雅可比矩阵,结合位姿约束和转角特性,计算平台的可达工作空间;建立稳定平台的二阶矢量形式的动力学模型,分析系统等效惯量参数的变化规律;基于弹性连杆的空间模型,建立姿态稳定平台的空间刚柔耦合动力学模型,分析连杆弹性对稳定平台动力学性能的影响。提出一种基于非线性干扰观测器的水面浮动平台积分滑模控制策略,提高浮动平台的姿态稳定精度。构建浮动平台的姿态稳定系统;考虑外部干扰和机电响应时间,推导含有未建模动态和不确定干扰的非线性状态空间模型,设计基于工作空间的自适应滑模控制器;在此基础上,设计非线性干扰观测器对外界干扰进行观测,通过在常规滑模控制器中加入积分项,设计积分滑模控制器,减小控制系统的零稳态误差;最后通过仿真验证控制策略的有效性和鲁棒性。设计水面浮动平台的缩比模型实验和姿态稳定跟踪实验,验证本文所建立数值模型和控制策略的正确性和有效性。完成水面浮动平台的总体和子系统设计;针对自由漂浮系统,利用移动导轨跟随缩比模型运动,设计基于缩比模型的水动力学特性实验,分析不同波浪条件和结构参数对系统扰动响应的影响,验证水动力学模型的正确性;设计能够模拟不同扰动方向和频率的摇摆实验台,建立浮动平台特性测试系统,针对不同的运动输入和负载特性,进行实验室浮动平台姿态稳定性能测试实验;开展浮动平台的水面稳定与目标跟踪实验,测试浮动平台在不同扰动下的姿态稳定能力,验证控制策略的有效性和鲁棒性。