6.2　水面无人艇数学建模

船舶运动的数学建模对于系统分析的准确性和载具控制的鲁棒性非常重要。一般来说，船舶以6个自由度移动，进而确定6个独立坐标以明确位置和移动方向。如图6.4所示，位置信息分为纵荡，横荡，和垂荡，以x、y、z坐标对时间的微分来表示移动速度。类似地，姿态信息分为横摇、纵摇和首摇，以row、pitch、yaw角对时间的微分来表示旋转角速度。

6自由度运动是所有海洋装备运动的通用形式，包括AUV和USV，它可以根据装备的类型或装备的推进系统进一步简化。如表6.1中，对于AUV，因为它可以在三维环境中自由移动，可以使用6自由度，这6个动作中的每一个都可以用来控制船体。相比之下，水面船只的运动被限制在海面，这意味着它的运动可以通过忽略升沉、俯仰和横滚运动而减少到3自由度。值得注意的是，对于小型USV，由于安装推进系统的空间不足，即使船舶的运动仍属于3自由度，也只能控制喘振和首摇运动，使得对船舶的控制不足。

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