AUV 动力学方程是一个 6 自由度的非线性、强耦合控制系统，实现具体控 制运动时，需要进行合理的解耦与简化。另外，考虑到 AUV 模型不确定性和环 境干扰（如海流等），运动控制系统必须具有足够的鲁棒性和容错功能。为简化 问题，如果假设 AUV 在航行时只改变深度，但不改变航向，则其重心始终保持 在垂直平面内；同样，如果 AUV 在航行时只改变航向，不改变深度 ，那么其 重心保持在水平面上。基于此假设，我们可以将 AUV 水下空间运动分解成水平 面和垂直面两个方面的运动，并忽略两个平面之间的耦合关系。本章着重介绍水 下机器人的运动学及动力学的相关基础知识，获得 AUV 运动学及动力学方程， 参考相关资料，计算分析得到水平面以及垂直面的数学模型及其简化。文献综述

2。2 水下机器人的运动学基础

我们知道，AUV 在水下主要承受着重力、浮力、干扰力、水动力、推理以及 这些力所对应的各种力矩的作用。在这些力与力矩的共同作用下，AUV 将产生 6 个自由度的空间运动，本小节将介绍如何建立 AUV 空间运动的数学模型，而要讨 论水下机器人的运动学问题首先就要介绍 AUV 的坐标系及坐标系的变换问题。 2。2。1 坐标系及坐标变换

AUV 的坐标系分为动态坐标系和静态坐标系两种，两者的区别在于原点的 选取不同。如图 2-1 所示

图 2-1 水下机器人坐标系示意图

1、静坐标系 静坐标系又称惯性坐标系，它的原点可以取海面或者海中的任意一点。规定

正向指向地心，另外两个方向可以任取。如机器人的位置可以表示为来:自[优E尔L论W文W网www.youerw.com +QQ752018766-

[,,,,,] T,其中，,,是水下机器人在惯性坐标下的位置，,,是 水下机器人在惯性坐标下的横倾角、纵倾角、艏向角。

2、动坐标系

动坐标系又称载体坐标系，一般说，动坐标系的原点与 AUV 的重心重合，

x 轴与 AUV 主对称轴一致，y 轴平行基线面，指向 AUV 右舷为正，z 轴位于 AUV

主体中纵剖面内，指向底部为正。速度矢量V [u, v, w, p, q, r] T，其中 u,v,w 为水

下机器人线速度矢量在载体坐标系中的三个分量，p,q,r 为水下机器人角速度矢量 在载体坐标系中的三个分量。