随着水声技术的不断发展，换能器作为声纳系统的重要组成部分，在水下工程中的应用越来越广泛，工作深度越来越大，换能器内外压力平衡的要求也来越高。本课题研究的水下压力补偿系统面向的换能器工作于0～75米深度，气体压力补偿是适用于这个深度的最佳选择。本论文对换能器水下气体压力补偿系统进行了研究，主要是设计了一个控制精度高，响应特性好，集成度高，能够长时间在水下工作的气体压力补偿系统。通过建模和仿真模拟水下气体压力补偿过程，分析了影响系统控制精度和工作特性的各个参数，以优化系统参数，并通过实验验证了系统数学模型。全文共分为六章： 第一章综述了水下气体压力补偿系统的研究现状和发展趋势；阐述了研究和开发水下气体压力补偿系统的目的和意义；概括了本文的主要研究内容。 第二章总结得出了三种水下气体压力补偿系统方案，分析其优缺点，最后确定本系统的补偿方案，并对方案进行了详细的分析，对系统的关键部件空气压缩机和比例压力阀进行了研究，最后对系统两大控制模块——空气压缩机的控制和比例压力阀的控制进行了分析，为后续的建模仿真做准备。 第三章运用气体热力学等方法研究了刚性容器的热力学等温模型，在研究空气压缩机结构和工作原理的基础上对压缩机两容腔的气体状态，压缩机排气量和抽气时间进行了研究，建立了比例压力阀一阶数学模型。在此基础上进一步对水下气体压力补偿系统的工作过程和控制策略进行了分析，重点研究了空气压缩过程和压力补偿过程，建立了相应的数学建模，最终得出整个系统的数学模型。并对系统工作特性做了仿真计算，仿真结果表明系统可以实现长时间循环使用的目标，控制精度高；换能器位置变化速度越快，对系统的要求就越高。 第四章详细描述了水下气体压力补偿系统的软硬件实现，包括系统主要元器件压力传感器、空气压缩机、比例压力阀和控制器的选择，气动回路和电气控制回路的设计，系统控制方案的设计，数据采集和分析，PLC控制软件的编写等。搭建了实验台架，通过实验结果和仿真结果的比较，验证了系统数学模型的正确性，为后续的仿真分析与研究打下了基础。 第五章运用MATLAB／SIMULINK软件进行仿真，分析仿真结果，分析了系统的各个影响因素，主要包括比例压力阀响应时间参数，压缩机停开控制参数，低压腔容积和高压腔容积，压缩机排气量等，并进行理论分析与系统优化。 第六章对全文进行了总结，并给出一些结论和展望。