Using Multi-constellation GNSS and EGNOS for Bridge Deformation ...

Description

• dissertation

Using Multi-constellation GNSS and EGNOS for Bridge Deformation Monitoring X. Meng a, *, N. Gogoi a, A. H. Dodson a, G. W. Roberts a, b, C. J. Brown c a Nottingham Geospatial Institute, The University of Nottingham, United Kingdom - b Faculty of Science and Engineering, The University of Nottingham Ningbo, China - .

• gps time series of a few hours
• top curve
• egnos data access service
• bridge monitoring
• vertical bridge deflection
• geostationary navigation overlay service
• gnss
• bridges
• gps
• world

Sujets

• Dissertation
• Bridge
• Geospatial Research Centre
• Institute of Navigation
• Nottingham
• University of Nottingham
• Engineering education
• Brunel University
• Royaume-Uni

Informations

• Publié par: mevang
• Nombre de lectures: 45
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

MANEUVERING AND CONTROL
OF MARINE VEHICLES
Michael S. Triantafyllou
Franz S. Hover
Department of Ocean Engineering
Massachusetts Institute of Technology
Cambridge, Massachusetts USA
Maneuvering and Control of Marine Vehicles
Latest Revision: November 5, 2003
◦c Michael S. Triantafyllou and Franz S. Hover Contents
1 KINEMATICS OF MOVING FRAMES 1

1.1 RotationofReferenceFrames . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 1

1.2 DifferentialRotations . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 2

1.3 RateofChangeofEulerAngles . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 4

1.4 DeadReckoning. .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 5

2 VESSEL INERTIAL DYNAMICS 5

2.1 MomentumofaParticle . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 5

2.2 LinearMomentuminaMovingFrame . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 6

2.3 Example:MassonaString . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 7

2.3.1 MovingFrameAffixedtoMass . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 8

2.3.2 RotatingFrameAttachedtoPivotPoint . . . . . .. . . . . . . . . . 8

2.3.3 StationaryFrame . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 8

2.4 AngularMomentum . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 9

2.5 Example:SpinningBook. . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 10

2.5.1 x-axis . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 11

2.5.2 y-axis . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 11

2.5.3 z-axis . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 12

2.6 ParallelAxisTheorem . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 12

2.7 BasisforSimulation . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 12

3 NONLINEAR COEFFICIENTS IN DETAIL 13

3.1 HelpfulFacts . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 14

3.2 NonlinearEquationsintheHorizontalPlane . . . . . . . .. . . . . . . . . . 15

3.2.1 FluidForce X . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 15

3.2.2 FluidForce Y . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 16

3.2.3 FluidMoment N . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 17

4 VESSEL DYNAMICS: LINEAR CASE 17

4.1 SurfaceVesselLinearModel . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 17

4.2 StabilityoftheSway/YawSystem. . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 18

4.3 BasicRudderActionintheSway/YawModel . . . . . . .. . . . . . . . . . 20

4.3.1 AddingYawDampingthroughFeedback . . . . . .. . . . . . . . . . 21

4.3.2 HeadingControlintheSway/YawModel. . . . . .. . . . . . . . . . 21

4.4 ResponseoftheVesseltoStepRudderInput. . . . . . . .. . . . . . . . . . 22

4.4.1 Phase1:AccelerationsDominate . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 22

4.4.2 Phase3:SteadyState . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 22

4.5 SummaryoftheLinearManeuveringModel . . . . . . . .. . . . . . . . . . 23

4.6 StabilityintheVerticalPlane . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 23

i
5 SIMILITUDE 23

5.1 UseofNondimensionalGroups . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 23

5.2 CommonGroupsinMarineEngineering . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 25

5.3 SimilitudeinManeuvering . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 27

5.4 RollEquationSimilitude . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 29

6 CAPTIVE MEASUREMENTS 30

6.1 Towtank . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 30

6.2 RotatingArmDevice. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 30

6.3 Planar-MotionMechanism . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 30

7 STANDARD MANEUVERING TESTS 33

7.1 Dieudonn´eSpiral .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 33

7.2 Zig-ZagManeuver.. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 33

7.3 Circleer. .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 34

7.3.1 DriftAngle . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 34

7.3.2 SpeedLoss . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 34

7.3.3 HeelAngle.. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 34

7.3.4 HeelinginSubmarineswithSails . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 35

8 STREAMLINED BODIES 35

8.1 NominalDragForce . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 35

8.2 MunkMoment . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 35

8.3 SeparationMoment. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 36

8.4 NetEffects:AerodynamicCenter . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 37

8.5 RoleofFinsinMovingtheAerodynamicCenter . . . . . .. . . . . . . . . . 37

8.6 AggregateEffectsofBodyandFins . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 38

8.7 Coefficients Z , M , Z,and M foraSlenderBody. . . .. . . . . . . . . . 39
w w q q
9 SLENDER-BODY THEORY 39

9.1 Introduction. . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 39

9.2 KinematicsFollowingtheFluid . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 40

9.3 DerivativeFollowingtheFluid. . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 41

9.4 DifferentialForceontheBody . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 41

9.5 TotalForceonaVessel. . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 42

9.6 TotalMomentonaVessel . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 43

9.7 RelationtoWingLift. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 44

9.8 Convention:HydrodynamicMassMatrix A . . . . . . . .. . . . . . . . . . 44

10 PRACTICAL LIFT CALCULATIONS 44

10.1 CharacteristicsofLift-ProducingMechanisms . . . . . . .. . . . . . . . . . 44

10.2 Jorgensen’sFormulas . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 45

10.3 Hoerner’sData:Notation . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 46

10.4 Slender-BodyTheoryvs.Experiment .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 47

10.5dyApproximationforFinLift. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 48

ii
11 FINS AND LIFTING SURFACES 49

11.1 OriginofLift . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 49

11.2 Three-DimensionalEffects:FiniteLength . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 49

11.3 RingFins . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 50

12 PROPELLERS AND PROPULSION 50

12.1 Introduction. . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 50

12.2 SteadyPropulsionofVessels . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 51

12.2.1 BasicCharacteristics . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 52

12.2.2 SolutionforSteadyConditions . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 54

12.2.3 Engine/MotorModels . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 54

12.3 UnsteadyPropulsionModels. . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 56

12.3.1 One-StateModel:Yoergeret al. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 56

12.3.2 Two-StateModel:Healeyet al. . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 56

13 ELECTRIC MOTORS 57

13.1 BasicRelations . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 57

13.1.1 Concepts. .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 57

13.1.2 Faraday’sLaw. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 58

13.1.3 Ampere’sLaw. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 58

13.1.4 Force. . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 58

13.2 DCMotors . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 58

13.2.1 PermanentFieldMagnets . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 59

13.2.2 ShuntorIndependentFieldWindings. . . . . . . .. . . . . . . . . . 60

13.2.3 SeriesWindings. . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 60

13.3 Three-PhaseSynchronousMotor. . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 61

13.4InductionMotor . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 62

14 TOWING OF VEHICLES 64

14.1 Statics . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 65

14.1.1 ForceBalance . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 65

14.1.2 CriticalAngle . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 67

14.2 LinearizedDynamics . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 68

14.2.1 Derivation .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 68

14.2.2 DampedAxialMotion . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 70

14.3 CableStrumming .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 72

14.4 VehicleDesign. . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 73

15 TRANSFER FUNCTIONS & STABILITY 73

15.1 PartialFractions .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 73

15.2 PartialFractions:UniquePoles . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 74

15.3 Example:PartialFractionswithUniqueRealPoles . . . .. . . . . . . . . . 74

15.4 PartialFractions:Complex-ConjugatePoles . . . . . . . .. . . . . . . . . . 75

15.5 Example:PartialFractionswithComplexPoles . . . . . .. . . . . . . . . . 75

15.6 StabilityinLinearSystems. . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . 75

iii
15.7 Stability�� PolesinLHP . . . . . .. . . . . . . . . . .. . . .