水下滑翔机作为一种应用于海洋观测与探测的新型移动平台,能够高效地在深远海环境下完成长时序、大范围、三维连续的海洋环境信息收集任务,所以被广泛的应用于海洋国防安全和科学探索。水下滑翔机依靠自身浮力变化和姿态控制实现锯齿状的运动形式,具有低能耗、高续航能力的优势。对比国外发展成熟的水下滑翔机,国内的水下滑翔机在航程提升和节能降耗方面仍存在较大空间。由于浮力驱动系统能耗在水下滑翔机总能耗中占比最大,因此有效提升浮力驱动系统的能效以降低能耗,是进一步提升水下滑翔机工作时间和航程的关键,同时对扩展其应用范围也有重要意义。本文的研究对象为天津大学“Petrel”水下滑翔机浮力驱动系统,以提高系统能效为目标,研究运行参数与系统能效之间的关系,建立外部工作环境影响下浮力驱动系统的能效模型。然后对影响能效的关键运行参数进行分析并优化,最后得到在不同工况下,水下滑翔机浮力驱动系统能效的最优解,保证浮力驱动系统能够在工况下保持高效的工作性能。本文的主要研究内容和成果如下:首先,基于水下滑翔机的工作特性,通过分析实际工作过程中浮力驱动系统的主要元件——电机和柱塞泵的功率匹配情况及能量损失特性,分别进行了基于功率匹配形式的无刷直流电机和微型高压轴向柱塞泵的能耗及能效特性建模,对电机和柱塞泵的主要功率损失形式以及影响各自能效的运行参数进行了分析,并确定了影响各自能效的关键参数。然后,根据水下滑翔机的外部工况,建立海水压力和温度模型,充分考虑并分析外界环境因素对浮力驱动系统工作性能的影响,建立浮力驱动系统整体的能效匹配模型,并经过实验数据对比验证能效模型。针对模型的非线性特征,采用了遗传算法对“Petrel”系列中几款不同水下滑翔机浮力驱动系统的能效进行了最优解搜索,并得到相应参数的最优值。并对几种水下滑翔机典型工作深度下的浮力驱动系统提出了相应的优化方案。最后使用AMEsim仿真软件,对浮力驱动系统功能单元进行了系统的动态仿真。通过对仿真结果分析,验证了浮力驱动系统能效优化结果的有效性。