高速公路主线限速与入口匝道控制协调的H∞控制

摘要

高速公路限速系统具有非线性、时变性等特性，并且受到多方而因素的干扰，因此，本文采用两种方法对高速公路限速系统进行鲁棒控制:一是高速公路主线的鲁棒限速控制，即针对高速公路出现某种外部干扰因素的情况下，设计鲁棒限速控制器，使高速公路这一闭环系统实现内稳定，交通流的各项参数实现渐进稳定，不致发生巨大波动;二是将入口匝道控制作为辅助手段，通过控制匝道车辆流入量与主线限速相结合，实现主线限速与匝道控制相融合的协调控制。高速公路主线鲁棒限速控制方面，本文用以下几个步骤进行分析和运算:①通过限速状态下的宏观交通流模型建立非线性状态方程;②应用状态反馈线性化方法，把公称的仿射非线性系统严密线性化;③通过考虑仿射非线性系统的不确定性，设计鲁棒控制器，使其闭环控制系统保持内稳定;④针对反馈线性化系统，用D-K迭代法或μ-K迭代法进行线性鲁棒控制器设计;⑤把线性鲁棒控制器回代到仿射非线性系统中，从而得到非线性鲁棒控制器。
　　在匝道控制与主线限速的协调控制方面，运用改进的宏观交通流模型刻画研究对象，并以高速公路交通流运行稳定化为目标，构建高速公路主线与入口匝道的协调控制模型，运用鲁棒算法进行求解。将鲁棒控制方法运用于高速公路限速控制中，可提高系统的抗干扰能力，在实际运用当中具有很强的实用价值，在高速公路系统当中发生事故、维修以及其他干扰的情况下，可以使交通流的各项参数不至发生较大的波动，可以有效地提高高速公路在受到不可抗的外部因素的扰动下提高其通行能力，降低行程时间。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究概况

1．3 研究的目的与意义

1．4 本文主要研究内容

第二章 高速公路鲁棒控制基础

2．1 高速公路主线控制方式

2．2 高速公路基本反馈系统

2．3 高速公路鲁棒控制方法的基本原理

2．4 高速公路鲁棒控制基本结构

2．5 高速公路系统鲁棒控制作用机理分析

2．6 小结

第三章 高速公路主线鲁棒限速控制

3．1 鲁棒限速控制方法的提出

3．2 控制模型的建立

3．3 非线性状态方程的构建

3．4 非线性状态反馈H∞限速控制模型的构建

3．5 线性系统状态反馈控制率k(s)的求解及回代

3．6 算例与仿真

3．7 本章小结

第四章 入口匝道控制与主线限速协调的H∞控制

4．1 入口匝道控制与主线限速协调控制的必要性

4．2 入口匝道控制-主线限速控制交通流模型

4．3 协调控制模型的建立

4．4 入口匝道控制与主线限速的协调控制模型的求解

4．5 算例研究

4．6 小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录