基于模糊理论的城市快速路控制系统设计与仿真

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1、摘要面对日益膨胀的城市快速路交通需求，匝道控制是改善快速路交通状况的有效方法之一。在城市快速路的多种控制策略中，入口匝道控制是应用最广、效果最好的一种控制方法。随着计算机、自动化和通信技术的发展，以及现有的匝道控制方法的局限性，智能控制的理论和技术开始应用于交通控制系统。论文针对城市快速路交通流无法得到精确数学模型、具有不确定因素、是复杂的非线性系统的特点，选择模糊控制器对城市快速路匝道进行控制。本论文详细地论述了单匝道模糊控制器的设计。对于控制系统来说，控制效果的优劣直接取决于所选择的输入变量是否合适。因

2、此，文中将影响城市快速路主线和匝道的多个变量作为输入量。模糊规则和隶属度函数的选取是依据专家经验和反复实验调整确定的。为了校验该模糊控制算法的优劣，采用微观交通仿真软件PARAMICS进行了仿真。仿真过程包括仿真模型的建立、仿真算法的编写和调试。在单匝道模糊控制的研究基础上，还进行了多匝道协调控制的研究。控制系统采用递阶结构，分为协调控制层和直接控制层。协调控制器采用模糊控制方法确定各路段入口匝道的调节率；直接控制器根据给定的调节率将系统状态保持在给定的标称点范围内。采用协调控制的目的就是为了考虑相邻匝道之

3、间的相互影响。控制系统同样在PARAMICS上进行了仿真。单匝道模糊控制的仿真结果表明，具有准确的输入量、完善的控制规则的模糊控制器对城市快速路交通流的控制效果要优于传统的交通控制方法。协调控制的仿真结果表明，由于高速公路交通流是一个大系统，因此采用协调控制的方法，更利于主线交通流的稳定。关键词快速路；匝道控制：模糊控制；递阶结构：协调控制AbstractWimt11eincreasingofhighwaytra伍Cdemand．itiSthemosteffectivecontr01waytoapplytr

4、afficcontrolandadministrator．Therearevarioushighwaycontrolmethod．buton—rampcontrolmethodiSthemostwidelyusedandthemosteffectivecontr01method．Withthedevelopmentoftechnologyofcomputer，automationandconununicationontransportation，theoriesandtechnologyofintellig

5、entcontrolbegintobeappliedtotransportationcontrolsystem．Tothehi曲uncertaintyandcomplexnonlinearsystemofhighwaytrafficflow，itCan’tsetupprecisemathematicalmodel．Thereforewecanadoptfuzzycontrollertocontrolhighwayramp．Inthepaper,wepresentthefuzzycontrollerdesig

6、nofsignalrampindetail．Toacontrolsystem．inputvariableschooseddecidethatthecontr01resultjSgoodorbad．Hence，theinputvariableschoosefromvadousvariablesthatinfiuencehighwaymainlineandramptrafficflow．Thechoiceoffuzzyrulesandmembershipfunctionsisdeterminedaccordin

7、gtOexpertexperience，practiceandregulate．Tocheckthefuzzycontr01algorithm，itiSsimulatedonmicroscopictrafficsimulator-PARAMICS．Thesimulationprocessincludesset—upofmodel，programanddebug．Onthebasisofthestudyonsinglerampfuzzycontrol，wecarryouttheresearchofmulti—

8、rampC00rdinatecontr01．Thecontr01systemadoptshierarchicalstructureanditincludesCOOrdinationcontrollayeranddirectcontrollayer．Coordinationcontrollerdefinesmeteringrateforeverysegmentoffreewaybasedonfuzzytheory．