幾類系統(tǒng)控制新方法研究及其在交通控制中的應用.pdf

1、本文以交通控制系統(tǒng)為研究背景，研究了幾類非線性系統(tǒng)控制方法，并討論其在城市街道交叉口信號控制和快速路匝道控制中的應用。 非線性、時滯和不確定性是眾多實際系統(tǒng)(如航天技術、生命科學、交通運輸、工業(yè)過程，以至社會經濟和生態(tài)環(huán)境等領域)的本質特征，對于這些系統(tǒng)的研究已經建立了各種不同類型的模型，發(fā)展了相應的控制策略和算法。本文重點考慮幾類非線性系統(tǒng)的控制策略，包括：切換型混雜系統(tǒng)的最優(yōu)控制，不確定非線性系統(tǒng)的自抗擾控制和帶有時滯的不確

2、定系統(tǒng)H<,∞>控制。 交通不暢不僅造成經濟上巨大損失，而且也造成巨大的環(huán)境污染。研究和實踐表明，交叉口信號控制與快速路匝道控制是緩解城市交通擁堵的有效途徑。交通控制系統(tǒng)是一個包括人、車、路相互作用的含有非線性、時滯和不確定性的復雜系統(tǒng)，按照傳統(tǒng)的交通控制方法難以達到滿意的效果。本文探討將上述幾類系統(tǒng)控制方法應用到交通控制問題研究中。 首先，針對離散型切換系統(tǒng)在切換次數一定且性能指標為二次型的情況下，基于動態(tài)規(guī)劃原理的思

3、想，將多級決策問題轉化為多個單級決策問題，并利用改進的遺傳算法搜索切換時刻和切換順序以使性能指標達到極小，同時得到了切換離散系統(tǒng)最優(yōu)控制的解析解，因此對于此類離散型切換系統(tǒng)最優(yōu)控制問題可以轉化為一類搜索求解問題得以解決。 其次，通過分析交叉口信號燈控制的混雜系統(tǒng)特征，選擇平均排隊隊長及等待時間最短為目標函數，建立交叉口信號燈控制的切換系統(tǒng)控制模型，并采用離散型切換系統(tǒng)動態(tài)規(guī)劃法實現了單交叉口信號燈優(yōu)化控制，優(yōu)化控制參數包括相位順

4、序、相位綠燈時間與信號周期。 第三，研究了局部入口匝道控制算法，在改進經典的匝道控制ALINEA算法的基礎上，提出了一種非線性匝道控制方法。利用非線性控制理論，將自抗擾控制器引入到城市快速路入口匝道控制中，不僅使交通控制過程簡化，而且滿足系統(tǒng)實時性和魯棒性的要求。自抗擾控制器可以使快速路主線交通流在期望的狀態(tài)下運行，有效提高快速路主線通行能力，從而顯著改善了系統(tǒng)安全性和運行效率。 第四，針對時滯系統(tǒng)H<,∞>控制問題提出

5、一個近似方法，采用該方法可以將時滯系統(tǒng)的H<,∞>控制問題轉化為一個近似的無時滯一般系統(tǒng)的H<,∞>控制問題，從而可以利用一般系統(tǒng)H<,∞>控制已獲得的豐富成果來解決時滯系統(tǒng)H<,∞>控制的相關問題。最后，針對城市快速路交通流具有時滯的特性，將時滯系統(tǒng)H<,∞>控制的近似方法應用到多入口匝道控制問題中，從而抑制快速路匝道控制中由于時滯和未建模動態(tài)部分對控制效果的影響。研究仿真結果表明，采用該方法可以提高快速路通行能力，使快速路保持較高的