水下弹射试验运载小车是一种用于模拟水下潜器以设定的速度运动,进行水下缩比模型动态弹射试验,验证水下发射关键技术的特种设施,该设备对我国国防和军队现代化以及武器装备现代化的建设具有重要的价值。在模型缩比的情况下,为了保证水下发射过程的水动力特性的相似性,试验水池的大气压低于外界的大气压（俗称为减压或负压）,且存在一定的比例关系（减压比）。在试验过程中,为了实现对海洋环境的模拟,造流、造波、深度调整等配套设施不可或缺。因此运载小车的运动环境具有两大特性:试验水池为负压环境,缺乏人工干预措施,通信手段有限;因为具有造波、造流功能,试验环境本身具有复杂多变的特性。为了在负压环境下,完成繁复的试验流程;为了在不同程度的造流、造波环境以及不同深度、不同运行速度等多工况以及有限的运行行程条件下,实现高精度的速度控制与位置控制,水下运载小车自主运动控制技术及伺服控制技术需以研究。本文基于我国XXX新型数字化减压水池研制及建设项目,对水下运载小车进行了特性分析、系统的数学建模、自主运动控制、伺服控制技术等理论研究,并且完成了运动控制系统设计、控制软件设计与开发,系统单项试验、内场半实物仿真调试试验、现场试验等实际研制工作。本文主要研究工作概括如下:首先介绍了本文的研究背景与研究意义,综述了国内外水下发射技术、水下发射技术试验设施、水下艇速模拟航行器以及自主运动控制技术、电机伺服控制技术的研究现状。然后对数字化减压水池进行了介绍,结合减压水池的设计,分析了运载小车的系统组成。基于试验环境及试验所需功能得出控制对象的试验过程繁复,工作环境复杂多变,且具有高精度的控制要求。面对无人的试验环境、复杂的试验流程重点描述了水中运载小车的自主运动控制原理及控制架构。其次基于以上特性分析,建立了运载小车的运动学与动力学数学模型、永磁同步电机驱动系统的数学模型、线性波浪力学数学模型,最终推导出运载小车的系统方程。针对系统模型中含有的时变、非线性、干扰等特性,研究了电机的伺服控制方法,设计了PID架构下的PI速度控制器与基于DOB架构的ADRC控制器,分析了系统的相频特性,给出了控制器参数设定的依据。再次基于前三章的理论分析,开展了水下运载小车控制系统研制工作。研制工作内容包括控制系统的技术设计、硬件的选型、软件的开发与实现三个方面,涉及到驱动机构、电力系统、控制系统的设计;控制器、传感器、动力电池的硬件实现、自主运动控制软件、伺服控制软件的实现。最后对运载小车运动控制系统进行了试验验证,根据项目计划及进度安排,遵循从局部到系统,从单元到整体的试验思路,进行了单项试验、内场半实物仿真试验、多方联调及现场试验等环节。分别验证了各硬件设备的使用性能、控制系统的控制功能以及实际的控制效果。此外,通过现场获取的试验数据,对仿真模型的参数进行了优化与完善,因此基于仿真模型设计的ADRC控制器对实际工程项目具有重要指导价值。