波浪滑翔器是一种多功能海洋环境监测、海洋数据中转平台,具有完全自治、无限续航以及适应极端环境的能力。波浪滑翔器独有的双体系联结构,有别于传统的海洋航行器。因其在海洋生物调查、气象数据监测、海洋声学监测与定位等多种海洋科学研究中的实用价值,近年来相关技术迅猛发展。在波浪滑翔器运动控制领域,已开展了基于模型和无模型两种方式的艏摇运动控制研究。考虑到简易的无模型控制难以准确控制双体艏摇运动,而复杂的无模型控制具有计算负荷大,参数调试难等缺点,所以优先考虑模型控制作为艏摇运动控制方法。然而,目前建立的波浪滑翔器数学模型均涉及水动力参数估算和大量惯性物理量计算,难以满足艏摇运动控制要求。为此,本文建立了双体耦合艏摇运动操纵性响应模型,解决了控制模型不匹配和精度不足的问题;基于此模型,提出了考虑柔链放松/张紧的双体变结构艏摇运动滤波方法,解决了艏摇运动频繁抖振问题和柔链状态切换的滤波问题;提出了改进的浮体艏摇运动间接控制方法,改善了定向控制和跟踪控制的效果。本文主要内容如下:首先,根据波浪滑翔器的双体艏摇运动特点,在合理假设的基础上,分析了双体艏摇运动耦合关系,建立了考虑柔链滞后性的双体耦合艏摇运动操纵性响应模型。对于仅配备单一浮体艏摇运动传感器的波浪滑翔器,针对其双体艏摇运动模型中的柔链滞后时间,设计了基于最小二乘法和斐波那契法的柔链滞后时间辨识方法;针对模型中的六个艏摇运动操纵性参数,结合双体艏摇运动的同步特性,设计了以多组Z形试验和回转试验数据为基础的分步辨识方法。通过数值仿真模型模拟的浮潜双体艏向角相位差,验证了模型线性化辨识条件。对比考虑柔链滞后性和未考虑柔链滞后性模型的仿真实验与水池试验结果,说明了前者泛化性优于后者,同时,说明了柔链滞后时间是辨识模型不可或缺的重要参数,表明了考虑柔链滞后时间的重要性。为波浪滑翔器双体艏摇运动的滤波和控制研究提供了操纵性响应模型。然后,应用考虑柔链滞后性的双体耦合艏摇运动操纵性响应模型,针对双体艏摇运动频繁抖动和非线性问题,提出了双体艏摇运动迭代—均值扩展卡尔曼滤波（IM-EKF）方法,准确有效地光顺了传感器数据。针对高海况条件下,因柔链放松状态而导致的双体无约束运动问题,提出了双体艏摇系统变结构的判别准则,实现了双体自由状态和约束状态滤波模型的正确匹配。综合IM-EKF方法和双体艏摇系统变结构判别准则,构建了考虑柔链放松/张紧的双体变结构艏摇运动滤波方法。该滤波方法结合双体艏摇运动模型估测,获得了典型海况条件下浮潜双体艏摇运动状态的平滑数据,为双体艏摇运动控制系统提供了平稳的控制输入。之后,针对波浪滑翔器双体结构和能源驱动的特殊性,分析了双体艏摇运动控制系统中存在的问题,阐述了柔链滞后时间的重要性。针对柔链滞后时间因海洋生物附着而发生偏移的问题,提出了脉冲操舵辨识方法,适用于远航在线辨识。针对控制系统中同一时刻控制期望和控制反馈不匹配的问题,提出了考虑柔链滞后时间的双体艏摇运动控制策略,协调了控制期望和控制反馈的一致性。通过仿真实验,验证了该控制策略的可行性。同时,基于考虑柔链滞后时间的双体艏摇运动控制策略,研究了双体艏摇运动控制方法,综合提高了控制系统的稳定性和快速性。通过简化双体耦合艏摇运动操纵性响应模型,得到了由浮体艏摇运动状态表示的浮体艏摇运动操纵性响应模型,并以此模型为基础,提出了浮体艏摇运动直接控制方法。针对浮体艏摇运动直接控制方法难以克服系统惯性的缺点,提出了基于双体耦合艏摇运动操纵性响应模型的浮体艏摇运动间接控制方法（其中附含了潜体艏摇运动控制方法）,改善了双体艏摇运动的跟踪控制效果。在间接控制方法中,对比了四种浮潜双体控制器组合方式,确定了浮体采用线性控制器,潜体采用快速控制器的最优组合方式。针对潜体快速性控制器在控制目标附近频繁抖振的问题,提出了两种改进方法:应激性浮体艏摇运动间接控制方法和退变性浮体艏摇运动间接控制方法。对比数值仿真结果,表明了两种改进方法均适用于定向控制,后者较前者更适用于跟踪控制。依据能源等级调节退变性浮体艏摇运动控制方法中趋近吸引子,提出了艏摇运动节能控制方法;依据浮潜双体艏向角相位差,限制执行舵角,提出了双体结构稳定性控制方法。综合了节能和双体结构稳定性功能的退变性浮体艏摇运动间接控制方法,全面地解决了双体艏摇运动控制系统中存在的问题。最后,搭建了波浪滑翔器的体系结构,建立了波浪滑翔器实体样机。其中,着重阐述了能源系统的设计方法,为节能控制方法提供了能源等级参数。通过水池实验和海上试验验证了波浪滑翔器体系结构设计的合理性,可靠性,安全性,证明了波浪滑翔器在运动控制和环境监测方面的能力。