幾類(lèi)系統(tǒng)控制新方法研究及其在交通控制中的應(yīng)用.pdf

1、本文以交通控制系統(tǒng)為研究背景，研究了幾類(lèi)非線性系統(tǒng)控制方法，并討論其在城市街道交叉口信號(hào)控制和快速路匝道控制中的應(yīng)用。 非線性、時(shí)滯和不確定性是眾多實(shí)際系統(tǒng)(如航天技術(shù)、生命科學(xué)、交通運(yùn)輸、工業(yè)過(guò)程，以至社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境等領(lǐng)域)的本質(zhì)特征，對(duì)于這些系統(tǒng)的研究已經(jīng)建立了各種不同類(lèi)型的模型，發(fā)展了相應(yīng)的控制策略和算法。本文重點(diǎn)考慮幾類(lèi)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(shí)滯的不確

2、定系統(tǒng)H<,∞>控制。 交通不暢不僅造成經(jīng)濟(jì)上巨大損失，而且也造成巨大的環(huán)境污染。研究和實(shí)踐表明，交叉口信號(hào)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(gè)包括人、車(chē)、路相互作用的含有非線性、時(shí)滯和不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)，按照傳統(tǒng)的交通控制方法難以達(dá)到滿意的效果。本文探討將上述幾類(lèi)系統(tǒng)控制方法應(yīng)用到交通控制問(wèn)題研究中。 首先，針對(duì)離散型切換系統(tǒng)在切換次數(shù)一定且性能指標(biāo)為二次型的情況下，基于動(dòng)態(tài)規(guī)劃原理的思

3、想，將多級(jí)決策問(wèn)題轉(zhuǎn)化為多個(gè)單級(jí)決策問(wèn)題，并利用改進(jìn)的遺傳算法搜索切換時(shí)刻和切換順序以使性能指標(biāo)達(dá)到極小，同時(shí)得到了切換離散系統(tǒng)最優(yōu)控制的解析解，因此對(duì)于此類(lèi)離散型切換系統(tǒng)最優(yōu)控制問(wèn)題可以轉(zhuǎn)化為一類(lèi)搜索求解問(wèn)題得以解決。 其次，通過(guò)分析交叉口信號(hào)燈控制的混雜系統(tǒng)特征，選擇平均排隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)及等待時(shí)間最短為目標(biāo)函數(shù)，建立交叉口信號(hào)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(dòng)態(tài)規(guī)劃法實(shí)現(xiàn)了單交叉口信號(hào)燈優(yōu)化控制，優(yōu)化控制參數(shù)包括相位順

4、序、相位綠燈時(shí)間與信號(hào)周期。 第三，研究了局部入口匝道控制算法，在改進(jìn)經(jīng)典的匝道控制ALINEA算法的基礎(chǔ)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(guò)程簡(jiǎn)化，而且滿足系統(tǒng)實(shí)時(shí)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(yùn)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(yùn)行效率。 第四，針對(duì)時(shí)滯系統(tǒng)H<,∞>控制問(wèn)題提出

5、一個(gè)近似方法，采用該方法可以將時(shí)滯系統(tǒng)的H<,∞>控制問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)近似的無(wú)時(shí)滯一般系統(tǒng)的H<,∞>控制問(wèn)題，從而可以利用一般系統(tǒng)H<,∞>控制已獲得的豐富成果來(lái)解決時(shí)滯系統(tǒng)H<,∞>控制的相關(guān)問(wèn)題。最后，針對(duì)城市快速路交通流具有時(shí)滯的特性，將時(shí)滯系統(tǒng)H<,∞>控制的近似方法應(yīng)用到多入口匝道控制問(wèn)題中，從而抑制快速路匝道控制中由于時(shí)滯和未建模動(dòng)態(tài)部分對(duì)控制效果的影響。研究仿真結(jié)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