仿生机器鱼及机器海豚的研究从最初的理论分析、简单功能模仿,发展到现在开始追求真实鱼类的运动性能。本文对鱼类运动性能的三个基本方面:高效率、高机动与高游速,分别进行了较为细致的讨论。根据对鱼类的观察,提炼出了适用于机器鱼运动控制的底层及上层闭环算法,不但在运动性能指标上有较大提高,而且在精度上也有较大改善。　　 首先,针对现有鱼类稳态游动模型中对鱼体波的解释过于简单的问题,以获得高效率的游动为前提,提出了基波的概念,建立了基于鱼体线密度的鱼体波方程,形成了较为系统的鱼体波生成方法。此外,基于该方法,进一步解释了鱼体的形态学设计,特别是鳍的位置与功能。仿真结果显示,所建立的鱼体波方程可以生成符合鱼体波要求的波形。并指出了在小振幅的前提下,著名的Lighthill鱼体波是本文提出的鱼体波的特例。　　 其次,研究了鱼类瞬态运动的典型例子——C形起动,针对其每个阶段的不同特点分别提出了小尾模式、大尾模式以及基于虚拟C形管道的动态轨迹法。不但提高了弯曲阶段的角速度,而且使机器鱼亦能以最快的速度完成伸展阶段,进一步提高了C形起动的速度。在实验中,实现了机器鱼670°/s的峰值转向角速度。另外,一次鱼体弯曲就可以实现0～213°之间的任意转向角,从而一次C形起动就可以完全覆盖所有可能的方向,进一步提升了机器鱼的机动性。同时,借助陀螺仪完成的闭环算法,实现了首次转向误差不大于10°的转向精度。　　 再次,将动态轨迹法应用在机器海豚中,实现了精准的俯仰控制,并首次完成了在竖直平面内的前滚翻、后滚翻及其复合特技动作。对翻滚动作所建立的模型进一步说明了影响翻滚的因素,通过仿真结果与实验结果的对比,验证了模型的有效性。　　 最后,通过新的机构设计、选用轻质材料、以及基于尾鳍攻角的控制算法,完成了新一代高游速机器海豚的研制工作。由于该机器海豚的游速较高,使得胸鳍可以产生较大的力矩,因此设计了基于胸鳍的偏航控制算法。在较高游速的基础上,进行了机器海豚的跃水实验,以期像真实海豚一样能跃出水面。通过多次实验,最终达到了每秒1.5倍体长的最高直线游速,以及2/3倍体长的最大跃水高度。