自持式剖面浮标作为一种重要的水下探测设备,其通过液压浮力驱动方式实现在海洋中的自主沉浮。样机研制完成后,其可靠性稳定性亟待进一步验证,然而,大量的海试虽然能够不断提升其可靠性,但优化效率低下,且占用人力物力,海试成本高,容易造成设备丢失。因此,在海试前对自持式剖面浮标进行充分的压力模拟实验显得尤其重要。目前,大多数模拟实验平台属于高压容器模拟舱,这类设备不仅价格昂贵,而且主要用于测试设备舱体的承压能力。为了对自持式剖面浮标浮力驱动系统进行完整的剖面运动测试,需要实时跟踪浮标动力学模型计算得到的变化压力值,但现有的高压容器模拟舱均无法满足测试要求。因此,本文的总体设计目标是设计一种可以模拟在不同海域环境下不同深度的压力变化装置。根据不同海域的CTD的数据以及浮标的动力学模型,得出了浮标在不同深度下的压力变化量,因压力变化使外油囊发生变形,从而使浮标的排油量发生变化,进而改变自身浮力,基于此特点,本文设计的半实物模拟装置采用液压系统来实现具体功能。根据自持式剖面浮标浮力驱动系统的整体结构,设计了高压半实物模拟装置。该装置可以引入了不同海域的CTD参数,根据水下环境的温度、密度等参数,并结合浮标的油量变化,计算浮标的动力学模型,实时输出浮标的剖面运动参数,绘制浮标完整的剖面运动参数曲线。半实物模拟装置的压力输出口与浮标浮力驱动系统的外油囊接口连接,并跟踪浮标剖面运动参数的压力数据,使浮标浮力驱动系统的压力随该压力值变化,模拟了浮标在水下运动时的压力变化,实现了在实验室进行趋近于海洋环境的剖面运动实验,提高了研发和测试效率,降低了海试成本。本文的主要研究内容包括以下几个方面:根据系统的总体功能要求及总体设计目标,计算液压元件参数,构建了半实物模拟装置。通过分析系统的数学模型,得出了以控制伺服阀的电流信号为输入,液压缸压力为输出的系统闭环传递函数,并通过Simulink软件仿真验证了系统的可行性。通过Simulink软件仿真,对系统输出压力的稳定性、响应的快速性进一步研究,分别采用传统PID和模糊PID控制策略对半实物模拟装置的系统输出压力进行仿真分析。在传统PID的调整下,半实物模拟装置的压力跟踪效果不理想,因此引入了模糊控制器对PID参数进行实时整定,并验证了引入模糊控制器的压力跟踪效果。通过Simulink仿真结果表明,引入模糊PID校正网络后,系统响应的超调量及调整时间性能指标均优于传统PID控制算法。基于AMESim软件搭建了半实物压力模拟装置的物理模型,并加入浮标浮力驱动系统的模型来验证系统跟踪效果。仿真结果表明,系统跟踪误差在±0.01MPa以内,半实物模拟装置的压力跟踪效果达到了使用预期,满足实验测试的要求。在半实物模拟装置分别进行定压压力跟踪和浮标样机剖面运动测试,得到压力跟踪曲线和剖面运动参数曲线。实验结果表明,压力跟踪结果与AMESim仿真结果基本一致,跟踪误差在±0.05MPa以内。半实物模拟装置对浮标性能优化、可靠性测试与谱系化提供了有力支撑。