[发明专利]一种交通流跟驰模型的速度时滞反馈控制方法

说明书

本发明公开的一种交通流跟驰模型的速度时滞反馈控制方法，属于交通流控制领域。本发明在交通流系统下建立经典优化速度跟驰模型，确定优化速度跟驰模型的稳定性；通过速度时滞反馈控制方法改进经典优化速度跟驰模型，结合控制学原理，确定改进后的含时滞反馈控制项的跟驰模型的稳定性条件；确定反馈增益系数的取值范围；根据时滞微分方程的稳定性切换原理和定积分稳定性分析方法，求取相应的稳定时滞区间；根据反馈增益系数和稳定时滞区间设计控制器，使优化速度跟驰模型的不稳定参数组合变为稳定，扩大原优化速度跟驰模型的稳定参数组合区间，提高跟驰模型的稳定性，抑制交通拥堵、提高交通出行效率及交通资源利用率，有效地提高交通流系统的稳定性。

技术领域

本发明涉及一种交通流控制方法，涉及一种交通流跟驰模型的速度时滞反馈控制方法，属于交通流控制领域。

背景技术

车辆跟驰模型是一个由大量车辆组成的动力学系统，具有多参数、耦合性、非线性、不确定性等动力学特征，其建模与自动控制问题十分复杂。目前已有的比较有效的控制方法是在跟驰模型的右端加入时滞反馈控制项,来改善交通均匀流的稳定性,实现抑制交通堵塞的目的。

交通流量的渐近稳定性与任何车辆的运动波动以及一系列车辆行为波动的传播有关。自适应巡航控制系统可以收集与前方车辆的距离和速度差，并且相应的控制器可以执行加速或者减速。现在，控制器已安装在某些自动驾驶、智能车辆中，有助于避免交通拥堵。控制设备中的控制方法有很多。为了保证交通流的线性稳定性，已经提出了不同的控制策略来减轻交通拥堵并提高交通流的效率。最经典的是位移时滞反馈控制方法，在优化速度跟驰模型中抑制交通拥堵。基于位移时滞反馈控制方法，后人还开发了一些改进的控制方法，以抑制交通拥堵并稳定交通流。

但以往的控制器参数设计中，大多都是基于控制学理论来设计反馈增益系数，再采用将每个时滞点带入稳定性条件验证模型稳定性的方法，进而估算出时滞区间，不能简单、便捷的得到精确的稳定时滞区间，时滞区间的计算结果精度低。

发明内容

本发明公开的一种交通流跟驰模型的速度时滞反馈控制方法要解决的技术问题是：通过交通流速度时滞反馈控制方法改进交通流动力学中的经典优化速度跟驰模型，实现交通流跟驰模型的速度时滞反馈控制，有效地提高交通流系统稳定性，达到抑制交通拥堵、提高交通出行效率及交通资源利用率的目的。此外，本发明通过控制学原理和动力学时滞系统稳定性分析分别求取反馈增益系数和时滞区间，结合反馈增益系数和时滞区间的组合，引入控制项改进原有经典优化速度跟驰模型并设计相应控制器，提高速度时滞反馈控制的精度，进而提高交通流系统控制精度。本发明还能够减小控制器设计的时间成本，具有控制效率高的优点。本发明尤其适用于交通流控制及无人驾驶交通流试验测试领域。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的一种交通流跟驰模型的速度时滞反馈控制方法，在交通流系统下建立经典优化速度跟驰模型的动力学方程，并选取优化速度函数，确定优化速度跟驰模型的稳定性；通过速度时滞反馈控制方法改进经典优化速度跟驰模型，结合控制学原理，确定改进后的含时滞反馈控制项的跟驰模型的稳定性条件；根据含有时滞反馈控制项的跟驰模型的稳定性条件，确定反馈增益系数的取值范围；在确定反馈增益系数后，根据时滞微分方程的稳定性切换原理和定积分稳定性分析方法，求取相应的稳定时滞区间；根据求得的反馈增益系数和稳定时滞区间，设计控制器，使经典优化速度跟驰模型的不稳定参数组合变为稳定，扩大原优化速度跟驰模型的稳定参数组合区间，即原本不稳定的优化速度跟驰模型变成稳定的含有时滞反馈控制项的跟驰模型，有效提高跟驰模型的稳定性，达到抑制交通拥堵、提高交通出行效率及交通资源利用率的目的，有效地提高交通流系统的稳定性。

本发明公开的一种交通流优化速度跟驰模型的时滞反馈控制方法，包括以下步骤：

步骤一：在交通流系统下建立优化速度跟驰模型的动力学方程，并选取优化速度函数，确定优化速度跟驰模型的稳定性。

步骤一实现方法如下：