[发明专利]一种时滞交通流模型的时滞反馈控制的方法

说明书

技术领域

本申请涉及交通流控制方法技术领域，具体地说，涉及一种时滞交通流模型的时滞反馈控制的方法。

背景技术

随着经济的发展和科技的进步，高速发展的交通运输业不仅能够促进物资交流和人们往来，缩短出行时间，提高工作效率，同时也对社会经济发展做出重要贡献。但是交通的高速发展也带来了许多问题，例如：交通拥堵、交通事故、环境污染等。我国的交通系统具有平面、混合、低速的特征，行人、非机动车与机动车的混合，复杂的交通流构成与相对落后的交通流控制管理措施间的矛盾也愈发突出，造成了严重的交通拥挤和堵塞。同时，城市交通是大气污染物的主要排放源之一，对人体健康危害很大，对环境污染造成巨大经济损失。因此，无论是从经济发展还是从环境保护角度，保持交通畅通，缓解和抑制交通拥堵都成为一个亟待解决的重大问题。

交通流理论是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法，作为一项数学、力学、物理、信息科学和交通工程等研究领域的跨学科基础研究，通过建立合理的理论模型，分析交通流在不同条件影响下出现的交通状态，揭示各种交通现象的特点本质，寻求控制交通流动的基本规律，并为交通工程部门的规划和设计提供可靠的理论依据，最后达到对交通系统实行实时控制的目的。为了探索交通拥堵形成机理，国内外学者提出很多交通流模型。交通流模型大致分为三类：微观模型、介观模型和宏观模型。交通流跟驰模型是一类典型的微观交通流模型，其描述在无法超车的单一车道上，车辆排队行驶时，后车跟随前车的行驶状态。跟驰模型中，跟随车司机行为受到很多因素影响，主要来自于道路的实际设计、车辆的机械性能及司机自身的个体特征等因素。其中司机的个体特征在数学模型上使用反应时滞来表示。在时滞车辆跟驰模型中，文献“Analysis of optimal velocity model with explicit delay,Phys.Rev.E.,1998,58,5429-5435.”公开了一种时滞交通流跟驰模型

式中x_n(t)是第n辆车在时刻t的位置,为第n辆车在时刻t的速度,为第n辆车在时刻t的加速度,Δx_n(t)＝x_n+1(t)-x_n(t)表示连续的两辆车之间的车头间距,a是敏感系数,τ是反应时滞包含驾驶员的反应时滞和机械时滞，U(Δx_n)为优化速度函数。该模型解决了无限加速问题，可以模拟实际交通流的许多定性特征，如交通失稳、阻塞演化、走走停停等。且给出了一个诱发交通拥堵的临界时滞，指出当反应时滞大于临界值时交通拥堵发生。

然而，上述现有技术仅仅给出了发生交通堵塞时的临界反应时滞，而且仅指出反应时滞大于临界值时会诱发交通拥堵，也就是说，上述现有技术仅提供了一种模型，通过上述技术并不能够获知如何对拥堵的交通进行缓解或抑制，因此，现有技术并未给出合理的控制方案能够对上述模型中出现的交通堵塞进行缓解和抑制，即使将背景技术中提到的现有技术与其他现有控制技术相结合，也得不出相应的方案实现对时滞交通流模型拥堵的缓解和抑制。

发明内容

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题是提供了一种时滞交通流模型的时滞反馈控制的方法，通过引入时滞反馈位移差和时滞反馈速度差控制项，利用稳定性理论求取反馈增益和时滞控制参数，从而实现对交通流中出现的拥堵进行抑制，增强交通流的稳定性。

为了解决上述技术问题，本申请有如下技术方案：

一种时滞交通流模型的时滞反馈控制的方法，其特征在于，包括：

引入时滞反馈位移差和时滞反馈速度差控制项，建立含有所述控制项的时滞交通流跟驰模型：

其中，τ为反应时滞，包括机械时滞和驾驶员的反应时滞；a_n(t)表示第n辆车在时刻t的加速度；α表示敏感系数；x_n(t)表示第n辆车在时刻t的位置；Δx_n(t)＝x_n+1(t)-x_n(t)，表示连续的两辆车之间的车头间距；U(Δx_n(t))是依赖于邻近车辆车头间距Δx_n(t)的优化速度函数；v_n(t)表示第n辆车在时刻t的速度；F(t)为反馈控制信号；反馈控制信号F(t)为：