环状交通流washout控制和其稳定性研究

《环状交通流washout控制和其稳定性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、环状交通流Washout控制和其稳定性研究　　摘要：针对环状交通流中因车辆加减速度控制不当引起的交通不畅问题，提出基于Washout控制的拥堵抑制方案。利用最优速度函数，建立了环状车流非线性动态数学模型，为降低将驾驶员操作灵敏程度作为依赖变量的不合理因素，采用Washout控制实现系统在其速度平衡点的稳定运行，并通过小增益方法分析了实现系统稳定的控制参数范围。以20辆车组成的环状车流为对象进行了仿真分析，实验结果表明：所提方案能在100s内完全抑制环状交通流的拥堵现象。关键词：环状车流；交通拥堵；最优速度；稳定性；数值模拟中图分类号：TP2

2、73.1；U492.2文献标志码：AWashoutcontrolandstabilityanalysisforcyclictrafficflowsAbstract：Concerningthetrafficjamsduetobadspeedcontrolforcyclictrafficflows，asuppressionmethodwasproposedonWashoutcontrol.Withoptimalvelocityfunction，anonlineardynamicmathematical9modelforcyclictraffic

3、flowwasderived.Toreducetheunreasonablefactorsoftakingdriverssensitivitiesasmainparameters，Washoutcontrolwasemployedtoobtainstabilityonitsequilibrium.Parameterstokeepsystemstabilitywerealsoconsideredbyusingsmallgaintheorem.Simulatingacyclictrafficflowwith20cars，thesimulatio

4、nresultsshowthatthetrafficflowreachesitsequilibriumin100secondswiththeproposedcontroller.Keywords：cyclictrafficflow；trafficjam；optimalvelocity；stability；numericalsimulation0引言9近年来，经济条件的显著改善导致人均机车保有量急剧增加，而道路基础条件的更新不能一蹴而就，由此带来的交通拥堵成为影响人们出行质量而亟待解决的问题之一[1-2]。许多研究方案致力于改善交通设施，比如

5、增加车道、更新信号设备来提升交通设施的利用效率。解决拥堵课题依然是交通工程问题的研究热点之一。在造成拥堵的众多原因中，司机的驾驶技术和行车习惯也是影响道路通畅的重要因素之一[3]。由于前方车辆加减速度的影响会导致后续车辆低速行驶或者停止，从而造成某一区段车辆异常密集的拥堵现象。解决拥堵的核心问题是如何使得车流保持匀速前进，即：将所有车辆稳定控制在同一速度平衡点上[4-5]。作为研究对象的机车流有直线型和环状交通流两种形态。其中环状车流也被视为超长直线车流的极限情形[6]，因此，直线交通流动态规律及控制方案得到更多的研究。反馈补偿方法[6-7

6、]、Washout控制[8]等都是常用控制方法。然而，在车流拥堵模型中，直接将不确定的司机驾驶能力量化后作为模型主要参数的做法是欠妥的，采用Washout控制方法可降低模型对司机驾驶能力等不确定因素的依赖性[8]。另外，环状车流首尾相接的特点也是直线型车流所不具有的。这里，将该方法用于环状车流的拥堵抑制控制，分析环状或局部环状交通车流的运行规律，提高车流系统稳定平衡性能，为缓解交通拥堵提供技术支持。利用最优速度函数[9]建立环状交通流动态模型，并引入Washout控制器以摆脱对系统不确定参数的依赖，实现环形车流系统在其平衡点上的稳定运行。针

7、对提出的控制器，进一步分析系统的稳定性能，指出控制器参数的有效范围，为交通流抑制拥堵方案提供理论支持。仿真实验中，以20台车组成的车流进行速度优化控制，对比控制器引入前后车流的运行状况，验证所提控制方案的有效性。1最优速度模型9假设有n台汽车依次排列在一个半径为r的环形车道上，并设定所有车辆都按逆时针方向行驶。车流俯瞰示意图及坐标系的选取如图1所示。在图1中，引入θi表示第i台车与车道圆心连线的相对于零度线的角度，简称第i台车的角度。再记φi表示第i台车和第i-1台车的角度之差，则有3仿真数值分析在数值仿真中，对象假设为由20台车组成的环状

8、车流。在式（3）及最优速度函数（4）中，设定：a=1，b=5，c=5，yc=15。采用4次龙格库塔算法求解微分方程的数值解[13]，采样周期取固定值Δt=0.01s。另外，在所有