高速公路入口匝道迭代学习控制方法研究

论文摘要

随着社会经济高速发展,高速公路的交通流量成几何级递增,由于交通流量的增加引起的交通阻塞和交通事故频发,甚至出现交通瘫痪的情况,入口匝道控制是改善高速公路交通状况最有效的方法。根据高速公路交通流的特点,本文主要对迭代学习控制方法及其在高速公路入口匝道控制应用进行研究,研究工作如下:本文对基于迭代学习控制（ILC）的入口匝道控制方法进行了研究, ILC方法简单有效,且比其他基于模型的匝道控制方法有着明显的优越性。但该方法控制器学习增益选取仍要依赖于系统的某些知识,针对ILC方法中学习增益设置盲目性等问题,本文将无模型自适应理论与迭代学习控制方法相结合,给出了改进后的无模型自适应迭代学习控制（MF-AILC）策略。设计了基于MF-AILC策略的匝道控制算法,仿真结果表明:在整个采样周期上,该策略能够使交通流密度一致收敛到期望的水平,并对出口匝道上出现的可重复性扰动具有一定抑制能力。本文在此基础上,提出了基于免疫算法优化的高速公路多匝道迭代学习控制方法。该方法以高速公路最大流量、全局最小行程时间和入口平均等待时间三者为目标函数,用免疫算法对匝道迭代学习控制器进行了优化,实现了高速公路入口匝道协调控制。仿真结果表明:该方法具有良好的控制效果和较强的鲁棒性。基于免疫优化算法的迭代学习控制在高速公路多匝道控制中是有效的,对提高主线的通行能力和改善高速公路运行的安全和效率具有重要的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 本文研究的意义
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 高速公路交通流特性及匝道控制概述
• 2.1 高速公路交通流特性
• 2.1.1 高速公路交通流基本参数
• 2.1.2 交通流基本参数关系
• 2.1.3 宏观稳态交通流模型
• 2.1.4 宏观动态交通流模型
• 2.2 高速公路匝道控制及算法概述
• 2.2.1 高速公路匝道控制概述
• 2.2.2 入口匝道控制方法
• 2.2.3 匝道控制算法分类
• 2.3 本章小结
• 第三章 迭代学习控制和人工免疫理论
• 3.1 迭代学习控制基本理论
• 3.1.1 迭代学习控制基本结构
• 3.1.2 迭代学习控制方法
• 3.2 人工免疫的理论基础
• 3.2.1 生物免疫定义
• 3.2.2 免疫学的一些相关概念
• 3.2.3 免疫学的一些相关原理
• 3.2.4 免疫优化算法
• 3.3 本章小结
• 第四章 入口匝道迭代学习控制方法的改进
• 4.1 基于迭代学习控制的入口匝道控制策略
• 4.1.1 入口匝道控制系统迭代相关的动态线性化
• 4.1.2 入口匝道开闭环ILC 控制器设计
• 4.1.3 仿真分析
• 4.2 无模型自适应迭代学习控制（MF-AILC）
• 4.2.1 MF-AILC 控制器设计
• 4.2.2 稳定收敛性分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 基于免疫算法和迭代学习控制的多匝道协调控制方法
• 5.1 基于MF-AILC 入口匝道控制策略
• 5.1.1 空间离散交通流模型描述及边界条件
• 5.1.2 入口匝道的无模型自适应迭代学习控制器设计
• 5.1.3 匝道MF-AILC 控制策略及收敛性分析
• 5.1.4 仿真分析
• 5.2 基于免疫算法的多匝道MF-AILC 控制方法
• 5.2.1 基于MF-AILC 匝道协调控制约束条件
• 5.2.2 免疫算法优化
• 5.2.3 仿真分析
• 5.3 本章小结
• 总结与展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢