人们通常把机器海豚作为一类关节尾鳍机器鱼类来研究,目前存在两类需要解决的难点问题,即如何获得实用的运动学模型,如何实现机器海豚推进运动的闭环控制。本文以机器海豚平均推进速度为研究目标,从运动特征提取的角度对机器海豚的运动规律进行了深入研究,获得了基于动能映射原理的运动学非线性特征方程,并以此为入口,深入研究了平均推进速度控制实现的一系列方法。这项研究以动能映射原理及运动学非线性特征方程为主线,以递进的方式在运动学建模、个体机器海豚推进运动和群体推进运动三个方面展开了一系列原创性研究,为机器海豚推进速度控制研究拓展了一条新途径。首先,过去常用的水动力学分析方法获得的运动学方程实用性低,本文为此采用特征提取方法,针对关节相位差为零的摆动情形,提出了动能映射原理,定义了动能映射系数,获得了动能映射运动学非线性特征方程。接着,本文把动能映射原理扩展到关节相位差为非零的行波推进模式,提出了等速运动条件下的频率置换方法,实现了行波推进模式下的动能映射系数的有效获取。第二,针对现有推进控制方式大多采用开环控制的缺陷,本文采用无相位差模式下的动能映射运动学非线性特征方程,深入研究了无相位差推进模式下的机器海豚平均推进速度控制实现方法。该研究设计了迭代学习辨识与自适应控制策略,通过在线辨识获得动能映射系数的数值,并直接用于产生新的摆动角速度。该闭环控制方法实现了机器海豚按预期的目标平均速度运动。第三,生物海豚游动通常会呈现行波推进的特点,本文对比分析了动能映射系数在两种推进模式的数值变动特点,通过定义同频特征摆和相位差因子,实现了运动学非线性特征方程的模式变换。这种变换使得动能映射运动学特征方程具有更严重的非线性。因此,本文采用数据钳位设计方法对系统的运动过程进行有效制约,实现了行波推进模式下的机器海豚目标平均速度。第四,受动能映射特征和行波推进模式下的平均速度控制实现研究的启发,本文进一步研究了基于波速驱动的行波推进平均速度控制实现方法。该方法通过研究海豚尾部行波波速与前进平均速度对应特点,并采用海豚尾部拟合延展波,提出了速度匹配原理,定义了速度匹配系数,并计算获得速度匹配方程。然后,运用区间线性化处理策略,设计了基于速度匹配系数的自校正控制系统,实现了行波推进模式下的机器海豚目标平均速度。第五,针对机器海豚群体推进速度一致性问题,把动能映射原理及运动学非线性特征方程扩展到群体运动情形。针对机器海豚群体提出了动能映射运动学特征方程簇,并设计了基于平行辨识与控制的一致达到方法和基于动能映射系数整定协议的速度同步方法,实现了机器海豚群体推进速度的过程一致性和目标一致性。最后,把动能映射原理扩展到偏航运动中,本文研究了基于二维数据驱动的机器海豚偏航运动。对向心运动特征进行研究,提出了定圆法则和半径映射系数。在此基础上,深入分析了动能映射系数的变化规律,进一步提出了二维特征数据,分别实现了线速度和角速度的驱动。