城市干线交通信号智能控制研究.docx

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城市干线交通信号智能控制研究

城市干线交通信号

智能控制研究

姓名：

杨尚文

学号：

0967106427

班级：

09自动化4班

城市干线交通信号智能控制研究

目前对于城市干线交通信号智能控制技术研究主要采用的是模糊控制理论，并取得了一定的交通控制效果，但是模糊控制理论中所采用的隶属函数或控制规则一旦确定就不再更新，这势必造成与实际交通变化情况不符的情况，致使控制效果大大降低。

本文在分析总结前人研究成果的基础上，开展了基于递阶模糊控制．遗传算法的城市干线交通信号智能控制技术研究。

首先，采用递阶模糊控制系统，对城市干线各交叉口进行协调优化控制，尽量降低交通干线上通行车辆的平均延误数，提高交通干线的通行能力；然后，针对模糊控制器存在隶属函数因人为制定而影响递阶模糊控制系统控制性能的不足之处，采用了遗传算法对模糊控制器的模糊控制输出量进行优化，使得递阶模糊控制系统的控制性能得以提高，交通干线的通行能力得以进一步提升。

最后，运用MATLAB7．0编写仿真程序，分别对交通干线定时控制算法、递阶模糊控制算法以及递阶模糊控制．遗传算法进行仿真，详细说明了仿真方法、仿真流程及相关程序代码，通过算例对三个控制算法的结果进行了对比、分析。

MATLAB仿真实验的分析结果证明：

在城市干线交通信号的协调控制中，递阶模糊控制．遗传算法优于递阶模糊控制算法，而递阶模糊控制算法又优于定时控制算法。

关键词：

交通干线、定时控制、递阶模糊控制、遗传算法、MATLAB

绪论

1智能控制的发展和应用

智能控制（intelligentcontrols）在无人干预的情况下能自主地驱动智能机器实现控制目标的自动控制技术。

对许多复杂的系统，难以建立有效的数学模型和用常规的控制理论去进行定量计算和分析，而必须采用定量方法与定性方法相结合的控制方式。

定量方法与定性方法相结合的目的是，要由机器用类似于人的智慧和经验来引导求解过程。

因此，在研究和设计智能系统时，主要注意力不放在数学公式的表达、计算和处理方面，而是放在对任务和现实模型的描述、符号和环境的识别以及知识库和推理机的开发上，即智能控制的关键问题不是设计常规控制器，而是研制智能机器的模型。

此外，智能控制的核心在高层控制，即组织控制。

高层控制是对实际环境或过程进行组织、决策和规划，以实现问题求解。

为了完成这些任务，需要采用符号信息处理、启发式程序设计、知识表示、自动推理和决策等有关技术。

这些问题求解过程与人脑的思维过程有一定的相似性，即具有一定程度的“智能”。

随着人工智能和计算机技术的发展，已经有可能把自动控制和人工智能以及系统科学中一些有关学科分支（如系统工程、系统学、运筹学、信息论）结合起来，建立一种适用于复杂系统的控制理论和技术。

智能控制正是在这种条件下产生的。

它是自动控制技术的最新发展阶段，也是用计算机模拟人类智能进行控制的研究领域。

1965年，傅京孙首先提出把人工智能的启发式推理规则用于学习控制系统。

1985年，在美国首次召开了智能控制学术讨论会。

1987年又在美国召开了智能控制的首届国际学术会议，标志着智能控制作为一个新的学科分支得到承认。

智能控制具有交叉学科和定量与定性相结合的分析方法和特点。

二、智能控制的应用

1.工业过程中的智能控制

生产过程的智能控制主要包括两个方面:

局部级和全局级。

局部级的智能控制是指将智能引入工艺过程中的某一单元进行控制器设计,例如智能PID控制器、专家控制器、神经元网络控制器等。

研究热点是智能PID控制器,因为其在参数的整定和在线自适应调整方面具有明显的优势,且可用于控制一些非线性的复杂对象。

全局级的智能控制主要针对整个生产过程的自动化,包括整个操作工艺的控制、过程的故障诊断、规划过程操作处理异常等。

2.机械制造中的智能控制

在现代先进制造系统中,需要依赖那些不够完备和不够精确的数据来解决难以或无法预测的情况,人工智能技术为解决这一难题提供了有效的解决方案。

智能控制随之也被广泛地应用于机械制造行业,它利用模糊数学、神经网络的方

法对制造过程进行动态环境建模,利用传感器融合技术来进行信息的预处理和综合。

可采用专家系统的“Then-If”逆向推理作为反馈机构,修改控制机构或者选择较好的控制模式和参数。

利用模糊集合和模糊关系的鲁棒性,将模糊信息集成到闭环控制的外环决策选取机构来选择控制动作。

利用神经网络的学习功能和并行处理信息的能力,进行在线的模式识别,处理那些可能是残缺不全的信息。

3.电力电子学研究领域中的智能控制

电力系统中发电机、变压器、电动机等电机电器设备的设计、生产、运行、控制是一个复杂的过程,国内外的电气工作者将人工智能技术引入到电气设备的优化设计、故障诊断及控制中,取得了良好的控制效果。

遗传算法是一种先进的优化算法,采用此方法来对电器设备的设计进行优化,可以降低成本,缩短计算时间,提高产品设计的效率和质量。

应用于电气设备故障诊断的智能控制技术有:

模糊逻辑、专家系统和神经网络。

在电力电子学的众多应用领域中,智能控制在电流控制PWM技术中的应用是具有代表性的技术应用方向之一,也是研究的新热点之一。

以上的三个例子只是智能控制在各行各业应用中的一个缩影，它的作用以及影响力将会关系国民生计。

并且智能控制技术的发展也是日新月异，我们只有时课关注智能控制技术才能跟上其日益加快的技术更新步伐。

2.交通

随着经济和文化速度的加快，机动车日益普及，人们在享受机动车所带来的巨大便利的同时，同时也面临着交通拥挤的困惑。

尤其在最近几年来，随着我国轿车工业的开放和迅速发展，轿车价格不断下降，大量轿车开始进入家庭，并直接渗入以自行车为主的城市交通体系，引发了我国各大城市，全国各大城市面临的严重交通问题，如果这些问题不能得到及时有效的缓解和治理，必将阻碍我国经济的持续、快速、健康发展。

据统计，交通拥挤问题每年给世界各国造成巨大的经济损失，美国德州运输研究所通过对全美39个主要城市进行了研究，估算美国每年因交通拥挤造成的经济损失约410亿美元，12个最大城市每年损失均超过10亿美元。

日本东京每年因交通拥挤造成交通参与者的经济损失约123000亿日元。

欧洲每年因交通拥挤所造成的经济损失为5000亿欧元。

我国2002年因交通拥挤造成的经济损失约为1700亿元，相当于我国生产总值的3．5％。

同样，我国的交通问题也存在很大隐患，以北京为例12J，1996年，全市共发生交通拥挤堵塞16798起，市区严重堵塞的路口、路段从1994年的36处猛增至99处，城区主要道路的平均负荷度高达95％以上，由此造成市区主要干道的车速降至12km／h，个别路段时速仅有7～Skrn／h。

因此，在现有道路基础上，提高交通控制和管理水平，合理使用现有交通设施，充分发挥其能力，是解决交通问题的有效办法之一。

城市交通问题的客观需求和现代科学技术的发展促进了智能交通系统ITS（IntelligentTransportationSystem）的产生。

智能交通系统是全方位解决交通运输安全和交通拥挤的有效手段。

城市交通控制理论与技术的研究具有重要的现实意义和理论价值。

分析被控对象

仿真

附录

仿真结果比较分析