“发展现代化海洋牧场”、“加强海洋牧场科技研发”是优化海洋生态环境的重要举措,也是实现渔业转型升级、推动渔业供给侧改革的有效途径。目前我国海洋牧场监测监控技术尚未形成体系、信息化程度不高,亟需智能化的先进设备,实现区域性渔业资源养护、生态环境监测,推动海洋渔业产业产能升级。本论文以此为背景开展了半潜式潜水器系统设计及其控制方法研究,主要工作如下:1.研制了一套小型半潜式潜水器原理样机。研究了总布置、结构的设计方案,设计了低功耗的控制子系统。利用CFD预报分析了半潜式潜水器的快速性能,确定了推进器的选项。通过系统集成形成了原理样机,并通过水池实验和江上试验对其运动性能和监控性能进行了验证。2.建立了半潜式潜水器的模型预测控制器。针对半潜式潜水器的运动控制,研究了模型预测控制算法。构建了半潜式潜水器的受力模型和运动数学模型,推导出了状态空间方程,分析了其控制约束,并通过数值模拟纯横荡运动和纯首摇运动,获得了状态空间方程所需操纵性水动力系数。3.研究了半潜式潜水器的模型预测控制方法的改进。对比研究了高速和低速情况下PID与传统模型预测控制方法的速度控制和艏向控制性能。设计了带有比例、积分和微分结构形式的代价函数,并通过仿真验证了方法的抗干扰性在此基础上提出了 PID算法与模型预测控制相结合的改进模型预测控制算法。本论文研制的半潜式潜水器,可为海洋生态环境、近海渔业防护提高效的智能监测装备,为我国海洋农业向智能化、信息化迈进提供技术支撑。