基于模型预测控制的快速路网匝道调节方法.pdf

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1、上海理_7-大学学报第33卷第3期J．UniversityofShanghaiforScienceandTechnologyVo1．33No．32011文章编号：1007—6735(2011)03—0268—06基于模型预测控制的快速路网匝道调节方法干宏程(上海理工大学超网络研究中心，上海200093)摘要：探索了基于模型预测控制(MPC)的匝道调节方法．提出了匝道MPC调节的非线性动态时间离散最优控制模型及其解法．最优控制模型采用动态网络交通流模型作为过程模型，采用遗传算法求解．考察了匝道MPC调节的效果和鲁棒性，并将其效果与经典的ALINEA匝道调节方法相比．针对三起点三终点

2、快速路网的仿真案例显示，匝道MPC调节能明显缓解拥堵，改善路网总体运行效率，较之ALINEA调节能够更连续平稳地调节交通流，在存在预测误差的情况下控制效果依然很好，其路网总耗时改善率明显高于ALINEA调节，具有很好的鲁棒性和应用前景．关键词：匝道调节；模型预测控制；非线性优化；动态最优控制模型；遗传算法；鲁棒性中图分类号：U491文献标志码：AExpresswayrampmeteringstrategybasedonmodelpredictivecontrolGANHong-cheng(CenterforSupernetworksResearch，UniversityofSha

3、nghaifoScienceandTechnology，Shanghai200093，China)Abstract：Themodelpredictivecontrol(MPC)basedrampmeteringstrategywasexplored，inwhichonlinenon—linearoptimizationwasapplied．Thedynamicnon—lineartime—discreteoptimalcontrolmodelwasestablishedandtheassociatedsolvingalgorithmwaspresented．Intheoptima

4、lcontrol，adynamicexpresswaynetworktrafficflowmodelwasadoptedastheprocessmodel，andageneticalgorithmwasappliedtosolvetheoptimizationproblem．Byasimulatedcasestudytheeffi—ciencyandrobustnessoftheMPCstrategywastested．Theresultsshowthat。theM[PCstrategycanobviouslyalleviatecongestionandimprovetheove

5、rallnetworkperformance．ItcancontrolvehicleflowmoresmoothlycomparingtothewidelyusedALINEAfeedbackcontrolstrategy．Theperform—ancecriterionofTTS(totaltimespent)is1．2％higher。thusitisofgoodcontrolrobustness．Keywords：rampmetering；modelpredictivecontrol；non—linearoptimization；dynamicnon—linearoptima

6、lcontrolmodef；geneticalgorithm；robustness收稿日期：2Oll一05—11基金项目：国家自然科学基金资助项目(51008195)；上海市教委科研创新资助项目(09Yz205)；上海市重点学科建设资助项目($30504)作者简介：干宏程(1978)，男，副教授．研究方向：交通系统工程、智能交通等．E-mail：hongchenggan@126．corn第3期干宏程：基于模型预测控制的快速路网匝道调节方法269人口匝道调节(rampmetering)作为快速路控d．连接控制器与交通系统的闭环每隔一个滚制的常见手段，一直是学术研究热点_1．动态的动

7、周期，把系统状态反馈给控制器，从而减少控制器匝道调节方法主要有响应式(reactive)策略和最优预测误差的影响，使控制器具备自适应功能，能够通控制(optimalcontro1)策略两类．响应式策略的方法过更新过程模型及时考虑系统状态或系统参数的很多，如ALINEA法、需求容量法、各类启发式算法变化．(如bottleneck法)、以及专家系统、神经网络、模糊对于大型路网，为提高计算效率，每次滚动优化控制等．不少实地研究显示，ALINEA法的控制效果时可以只对预测时段的前若干个滚