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原文传递几类系统控制新方法研究及其在交通控制中的应用

论文题名：	几类系统控制新方法研究及其在交通控制中的应用
关键词：	非线性系统;切换型混杂系统;时滞系统;自抗扰控制器;交叉口信号控制;匝道控制
摘要：	本文以交通控制系统为研究背景，研究了几类非线性系统控制方法，并讨论其在城市街道交叉口信号控制和快速路匝道控制中的应用。非线性、时滞和不确定性是众多实际系统(如航天技术、生命科学、交通运输、工业过程，以至社会经济和生态环境等领域)的本质特征，对于这些系统的研究已经建立了各种不同类型的模型，发展了相应的控制策略和算法。本文重点考虑几类非线性系统的控制策略，包括：切换型混杂系统的最优控制，不确定非线性系统的自抗扰控制和带有时滞的不确定系统H<,∞>控制。交通不畅不仅造成经济上巨大损失，而且也造成巨大的环境污染。研究和实践表明，交叉口信号控制与快速路匝道控制是缓解城市交通拥堵的有效途径。交通控制系统是一个包括人、车、路相互作用的含有非线性、时滞和不确定性的复杂系统，按照传统的交通控制方法难以达到满意的效果。本文探讨将上述几类系统控制方法应用到交通控制问题研究中。首先，针对离散型切换系统在切换次数一定且性能指标为二次型的情况下，基于动态规划原理的思想，将多级决策问题转化为多个单级决策问题，并利用改进的遗传算法搜索切换时刻和切换顺序以使性能指标达到极小，同时得到了切换离散系统最优控制的解析解，因此对于此类离散型切换系统最优控制问题可以转化为一类搜索求解问题得以解决。其次，通过分析交叉口信号灯控制的混杂系统特征，选择平均排队队长及等待时间最短为目标函数，建立交叉口信号灯控制的切换系统控制模型，并采用离散型切换系统动态规划法实现了单交叉口信号灯优化控制，优化控制参数包括相位顺序、相位绿灯时间与信号周期。第三，研究了局部入口匝道控制算法，在改进经典的匝道控制ALINEA算法的基础上，提出了一种非线性匝道控制方法。利用非线性控制理论，将自抗扰控制器引入到城市快速路入口匝道控制中，不仅使交通控制过程简化，而且满足系统实时性和鲁棒性的要求。自抗扰控制器可以使快速路主线交通流在期望的状态下运行，有效提高快速路主线通行能力，从而显著改善了系统安全性和运行效率。第四，针对时滞系统H<,∞>控制问题提出一个近似方法，采用该方法可以将时滞系统的H<,∞>控制问题转化为一个近似的无时滞一般系统的H<,∞>控制问题，从而可以利用一般系统H<,∞>控制已获得的丰富成果来解决时滞系统H<,∞>控制的相关问题。最后，针对城市快速路交通流具有时滞的特性，将时滞系统H<,∞>控制的近似方法应用到多入口匝道控制问题中，从而抑制快速路匝道控制中由于时滞和未建模动态部分对控制效果的影响。研究仿真结果表明，采用该方法可以提高快速路通行能力，使快速路保持较高的服务水平。全文最后对所做的工作进行了总结，并指出了下一步研究的方向。
作者：	陈冬
专业：	模式识别与智能系统
导师：	陈阳舟
授予学位：	博士
授予学位单位：	北京工业大学
学位年度：	2007
正文语种：	中文