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由于具有良好的机动性、静音性、布置灵活性以及较低的燃油消耗率，以直流区域配电为特征的第二代电力能源动力系统已成为未来航行器动力系统的发展方向。本文以采用“交-直-交”级联型拓扑的中小型航行器电力能源动力系统为研究对象，对级联系统电压稳定性、非线性控制和多发电机组直流侧并联系统能量管理策略等内容进行了研究，主要研究成果总结如下: 建立了航行器电力能源动力系统各组件的数学模型，搭建了包括柴油机、永磁同步电机、三相电压源变流器和螺旋桨的航行器电力能源动力系统一体化仿真平台，通过仿真与实验结果的对比，验证了仿真平台与实物系统动静态性能的一致性，为后续系统控制的研究奠定了基础。 稳定性分析是进行航行器电力能源动力系统控制的基础。本文在建立级联系统直流侧电压闭环控制小信号模型的基础上，推导出系统电压闭环传递函数，讨论了系统参数、控制参数以及负载特性对稳定性的影响，指出传统PI控制器的局限性并总结出提高系统稳定性的措施;提出一种针对“交-直-交”级联系统非线性特性的自适应反步控制策略，实现了前级发电子系统电压控制、单位功率因数(UPF)电流轨迹规划以及后级电推进子系统转速控制、最大转矩电流比(MTPA)电流轨迹规划，在研究算法参数依赖性的基础上设计了参数自适应律，利用李雅普诺夫直接法分析了控制策略的稳定性。针对上述自适应反步控制策略进行了仿真与实验研究，并与传统的PI控制策略进行了对比，结果表明采用本文所提出的控制策略后系统的动静态性能均得到了改善。 在航行器中的应用对多发电机组直流侧并联系统的电压调节精度和负载分配精度均提出较高的要求，为此提出了一种零虚拟阻抗下垂控制策略，在分析关键控制参数对系统稳定性影响的基础上，通过对线路阻抗的自适应校正以及母线电压跌落补偿实现了系统在零虚拟下垂阻抗下的电压、电流精确调节，并提高了稳定性;提出了一种基于集中电压控制的无主多机并联控制策略，分析了电流指令传输延时对电压稳定性的影响，设计了延时补偿算法;在此基础上，以航行器实时综合燃油消耗率最低为目标，提出了一种电力能源动力系统直流侧能量最优分配策略，实现了航行器全功率范围内综合燃油消耗率最低。仿真与实验验证了所提方法的可行性与有效性。 基于电压功率角前馈控制思想，提出一种不依赖于永磁电机参数的单位功率因数控制策略，实现了发电子系统全功率范围内的单位功率因数控制;在推导永磁同步电机电流谐波表达式的基础上，提出一种对电机d-q轴电流的交流分量进行独立控制的谐波抑制策略;研制了一套螺旋桨特性模拟装置，解决了实验室条件下模拟航行器螺旋桨负载特性的问题。 完成了电力能源动力系统全功率功能样机的研制，在实验室环境下进行了详细的性能测试和可靠性测试。本论文的研究成果已应用于我国自主研制的MW级水下无人航行器中，所研制的电力能源动力系统样机搭载航行器进行了两年的实航实验，系统良好的性能在真实海洋环境下得到了较为充分的验证。