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随着人类对海洋资源的重视和海洋开发进程的加快,作为探索海洋的载体和工具,自主式水下机器人(AUV)技术得到了长足发展,大潜深、长航程、多功能、智能化成为其发展趋势。油囊式浮力调节系统作为大潜深、长航程AUV的可调压载单元,在复杂海洋环境下取代垂向推进器,进行AUV无动力升沉、定深浮力微调和作业姿态调整等方面具有重要作用,同时具有减少能耗、提高有效作业时间的特点,浮力调节系统及基于该系统的AUV升沉运动控制技术研究具有重要的研究意义和实用价值。本文针对AUV浮力调节系统及基于浮力调节系统进行升沉运动控制问题,主要进行了以下研究工作：(1)分析国内外AUV浮力调节技术的研究现状,研究了浮力调节系统浮力精确控制问题,提出了一种油囊式浮力调节系统设计方案,并研制了试验样机。(2)研究了浮力调节系统工作压力与泵排量之间关系,分析了不同压力下浮力调节系统的功耗,通过实验得到压力—泵排量、压力—功耗的关系曲线,为分析AUV无动力升沉运动过程中的能耗提供参考依据。(3)研究了AUV浮力调节系统的浮力测量方法。针对试验研究中定量泵式、涡轮式流量计浮力检测存在累积误差,使得浮力测量精度随工作时间增加而降低的问题,研制了内置浸油式压力补偿型位移传感器,用于油囊式浮力调节系统的浮力检测。理论分析说明这种浮力检测方法不产生累积误差,实验结果验证了该方法对提高浮力调节精度的有效性。(4)研究了海水密度随深度变化情况下的AUV动力学模型,建立了考虑海水密度的AUV无动力升沉运动的动力学模型。综合TSK型模糊控制算法和非模型滑模控制算法,提出了一种基于正弦函数的滑模模糊控制方法。该控制方法利用AUV无动力升沉运动的开环仿真实验数据,设计滑模模糊深度控制器。针对滑模模糊控制方法引起的AUV深度方向上超调量较大的问题,提出了一种变论域自适应滑模模糊控制方法。该控制方法将伸缩因子引入模糊控制,设计自适应变论域滑模模糊深度控制器。在以上研究基础上,对AUV在不同控制器作用下升沉运动进行了仿真实验研究,并分析了运动过程中的能耗。(5)研制了浮力调节系统定深控制实验平台及及其深度控制系统,开发了实验平台的VC控制界面。为验证浮力调节系统的浮力调节性能以及本文所研究的AUV定深控制方法的可行性和有效性,进行了岸上实验和水池实验研究。