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1、基于遗传算法优化的高速公路匝道PI控制器李政1，梁新荣1,21五邑大学信息学院，广东江门529020;2华南理工大学交通学院，广州510640摘要：研究遗传算法优化PI控制器的参数，并应用到高速公路匝道控制中。阐述了匝道控制目标，建立了高速公路交通流模型，给出了遗传算法优化的步骤，并对入口匝道PI控制器的参数进行了优化。仿真结果表明，该方法性能优越，用于高速公路入口匝道控制中效果良好。关键词：高速公路；匝道控制；遗传算法；PI控制；优化中图分类号：TP273文献标识码：AGeneticAlgorithmOptimizationBasedPIControllerforFreeway
2、RampMeteringLIZheng1,LIANGXin-rong1,21SchoolofInformation,WuyiUniversity,Jiangmen,Guangdong529020,China;2CollegeofTrafficandCommunications,SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou510640,ChinaAbstract:AnoptimizationmethodofthePIcontrollerparameterswithgeneticalgorithmisdevelopedandappliedtof
3、reewayrampmetering.Theobjectiveoframpmeteringisformulated,andthefreewaytrafficflowmodelisbuilt.Thentheoptimizationprocedureswithgeneticalgorithmaregiven,andtheparametersofanon-rampPIcontrollerareoptimized.Simulationresultsshowthattheoptimizationmethodisofhighperformance.Itisveryeffectivetofre
4、ewayrampmetering.Keywords:Freeway,RampMetering,GeneticAlgorithm,PIControl,Optimization1引言高速公路交通控制系统是一个包含人、车、路交互作用的复杂系统，入口匝道控制是高速公路交通控制中广泛使用的一种控制策略，其基本目标是控制高速公路的交通需求，即在高峰期间调节进入高速公路的车辆数目，使高速公路交通流运行在最佳状态附近。通过入口匝道控制阻止高速公路主线瓶颈的出现可使高速公路交通更顺畅，从而提高主线的通行能力，改善交通安全，减少燃油消耗和空气污染。另一方面，当无入口匝道控制时，车辆从入口匝道强行进入
5、高速公路主线会对主线交通流产生扰动，此扰动可能会引起主线交通瘫痪。文献[1]用PI(Proportional-Integral)控制器实现高速公路入口匝道控制，取得了较好的控制效果。PI控制器具有参数物理意义明确，简单实用，易于实现等特点，然而，PI控制器的参数整定过程一直是一个困难问题，用经验试凑的方法来调整PI控制器参数，往往费时且难以满足控制要求，遗传算法为PI控制器参数的优化提供了新的途径，遗传算法的群体优化机制使得它容易找到最优解，本文提出一种实数编码的遗传算法优化PI参数，并应用到高速公路入口匝道控制中。2入口匝道控制目标匝道调节的目的是调节从入口匝道进入高速公路的交
6、通量，使高速公路维持在一个期望的服务水平上，以充分利用高速公路。由交通流理论可知，交通密度是反映交通拥挤程度的关键参数，如果交通密度超过临界密度较多，交通就会变得非常拥挤，此时尽管减少入口匝道流量，交通拥挤仍需要较长时间才能恢复到正常状态。所以匝道控制目标是使交通密度不超过临界密度，一般使交通密度维持在临界密度的负邻域，即，式中ρd为期望密度,ρc为临界密度,ε为适当的小正数。3遗传算法优化的入口匝道PI控制器设计3.1高速公路交通流模型考虑图1所示的一段高速公路，主线的车道数目为λ，入口匝道的车道数目为1，采样时间为Δt,路段长度为Δx,上游流量为qu,下游流量为q,主线交通流
7、密度为ρ,平均速度为v,入口匝道调节率为r,路段内车辆总数为N,由车辆守恒定律这个文献一定要。得：(1)密度ρ定义为：(2)式(1)两边除以λΔx得：(3)流量和密度的基本关系为：(4)q和ρ的表达式存在多种形式，例如指数型，三角型和抛物线型。这些表达式都可用来近似地描述非均匀的交通流，它们具有一些共同特性：（a）当密度为零时流量为零；（b）存在一个最大密度，称为阻塞密度ρjam,此时高速公路上车辆首尾相接，流量也为零；（c）存在一个临界密度ρc,此时流量最大。格林-希尔兹提出的
