一种基于邻域优化的城市路网系统的分布式模型预测控制方法，包括以下步骤：1)建立路段数学模型；2)创建城市交通网络系统模型及城市交通路网系统分布式模型：在路段模型的基础上引入了控制分量G(k)，对路网系统模型进行分解和变形，得到路网系统的分布式模型；3)建立每个子系统的性能指标和约束条件，构建基于邻域优化的子系统性能指标；4)每个子系统首先计算出本地最优控制变量，再根据纳什博弈论原理，通过与邻域子系统进行信息交换，不断迭代使得整个系统最后能够收敛到纳什均衡点，同时获得纳什最优控制输入量。本发明专利技术简明、方便实现且有较好控制效果，改善饱和或者过饱和状态下的城市路网系统中的交通拥堵状况。
【技术实现步骤摘要】
【技术保护点】
一种基于邻域优化的城市路网系统的分布式模型预测控制方法，其特征在于：所述控制方法包括如下步骤：1)建立路段数学模型：xz(k+1)＝xz(k)+T[qz(k)‑sz(k)+dz(k)‑uz(k)] (1)其中，T表示采样周期，其与信号灯的周期C相等；xz(k)表示kT时刻路段z中的车辆数；qz(k)和uz(k)分别表示kT时刻从路口M进入路段z和从路口N离开路段z的流速；dz(k)和sz(k)分别表示kT时刻从路段z中途进入和出去的车辆流速；定义某路口j的上游路段为Ij，路口j的下游路段为Oj，z∈OM，z∈IN，(1)式中：qz(k)＝Σw∈IMtw,zuw(k) (2)其中，tw,z表示车辆从路段w驶入路段z的转弯率；uz=Gz(k)Sz/CN=(Σi∈vzgN,i(k))Sz/CN---(3)]]>其中，Gz表示路段z中车辆有权通过路口N的总时间；Sz表示路段z的饱和流量；CN表示路口N的固定信号灯周期；gN,i(k)表示N路口的第i相位的时间；vz表示路段z中车辆有权通过N路口的相位集合，另外：sz(k)＝tz,0qz(k) (4)其中，tz,0为从路段z中中途离开的车辆占路段z中总车辆数的百分比；2)创建城市交通路网系统模型及交通网络分布式模型，城市交通路网系统是由多个路口及这些路口的全部上游路段组成，将(2)(3)(4)式代入(1)式，并将路段模型(1)拓展，即得到路网系统模型：x(k+1)＝x(k)+Bg(k)+d(k) (5)其中，状态向量x(k)的各分量表示kT时刻系统中的各路段中的车辆数；向量g(k)表示[kT,(k+1)T]期间全部路口信号灯的各相位绿灯时间；矩阵B是由路段模型(1)推导得到的系数矩阵；向量d(k)的各元素分别表示[kT,(k+1)T]期间系统中的各路段上的干扰量；在(5)式的基础上增加控制变量G(k)，G(k)的每个分量均满足：Gz(k)≤Σi∈vzgm,i(k)---(6)]]>其中，Gz表示路口m的上游路段z中车辆有权通过路口m进入下游路段的总时间；gm,i(k)表示路口m的第i个相位时间；故控制量增广为u(k)＝[gT(k) GT(k)]T；另外，在交通饱和或者过饱和状态下，取d(k)为零，所以最终的路网系统模型表示为：x(k+1)＝x(k)+Bu(k) (7)将(7)式分解成M个子系统，其中每个子系统包含一个路口和该路口的全部上游路段，同时将子系统模型中的本地控制变量和邻居子系统的控制变量分开表示，则得到路网系统的分布式模型：其中，xm(k)表示kT时刻第m个子系统的状态向量；M(m)表示第m个子系统及其上游子系统；ui(k)表示第i个子系统的控制变量；Bm,m表示um(k)的系数矩阵；Bm,i表示ui(k)的系数矩阵；3)每个子系统的性能指标和约束条件：定义当前时刻为kT，P为预测时域的长度，M为控制时域的长度，xm(k+p|k)表示子系统m在kT时刻预测(k+p)T时刻的状态量，um(k+p|k)表示子系统m在kT时刻预测(k+p)T时刻的控制变量，Qm为P阶对角阵；优化目标为通过调整路口红绿灯的时间um(k|k),…,um(k+P‑1|k)来减少每条路段中的等候车辆数，采用了基于邻域优化的控制方法，得到如下基于邻域优化的子系统m的优化指标：minum(k|k),···,um(k+P-1|k)Σj∈M‾(m)∪mJj---(9)]]>其中，Jj＝||[xj(k+1|k),…,xj(k+P|k)]||Qm，表示子系统m的下游子系统；路段上等候的车辆数具有以下约束：0≤xm≤xm,max (10)其中，xm,max的各分量表示子系统m中的各路段的各自所允许的最大排队车辆数，绿灯时间还需满足：um,min≤um≤um,maxgm,Fm+Lm＝C (11)0≤GIm≤Σi∈vImgm,i其中，um,min表示允许的最短绿灯时间，um,max表示允许的最长绿灯时间，gm,Fm表示子系统m各相位的总时间，Lm表示一个周期内各相位跳变时的总黄灯时间，Im表示路口m的上游各路段；控制中的优化问题描述为：minum(k|k),···,um(k+P-1|k)Σj∈M‾(m)∪mJj]]>0≤xm≤xm,max (12)um,min≤um≤um,maxg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘安东，李佳，张文安，俞立，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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