随着人类对能源需求的日益增长，陆上可用能源越来越少。海洋作为世界上最大的资源宝库，蕴藏着极其丰富的矿物和油气资源，因此其必将成为人类未来生存和发展所必需资源的主要承担者。在对海洋资源进行勘探与开发的过程中，重型拖曳升沉补偿系统得到了广泛的应用。重型拖曳升沉补偿系统是有缆潜器安全进行水下勘探不可或缺的装置，具有负载质量特别大，设计开发难度较高，制造工艺复杂等特点，并且工作于海况恶劣的深海区域。因此，对该系统进行初步研究和试验时，很难在大洋环境之中实地进行。为解决这一问题，本文构建了重型拖曳系统的模拟试验系统，并进一步探讨了升沉补偿控制策略。通过对模拟试验系统的研究，为将来重型拖曳升沉补偿装备的制造提供了理论参考和技术依据，并有助于系统设计质量的提高和开发风险的降低。本文系统地分析了重型拖曳升沉补偿系统的工作原理，并合理地简化了在大洋环境下拖船的运动规律，建造了重型拖曳系统模拟试验平台。在对模拟试验系统的研究过程中应用了虚拟仪器技术和控制系统仿真技术，在虚拟仪器开发平台LabVIEW下设计了升沉补偿试验系统的实时监控软件，在控制系统仿真分析软件Matlab/Simulink中设计了基于内模控制原理的仿真模型，并进行了在升沉运动干扰下的仿真分析。仿真结果表明，基于内模控制原理所设计的位置伺服控制器能够较好地对重型拖曳系统的升沉位移进行补偿，达到了设计的预期效果。