[发明专利]基于正系统的城市交通建模和事件触发非脆弱控制方法

说明书

本发明公开了一种基于正系统的城市交通建模和事件触发非脆弱控制方法。本发明包括如下步骤：步骤1、构建城市交通控制系统的随机正系统状态空间模型；步骤2、构建城市交通控制系统的事件触发控制条件；步骤3、设计城市交通控制系统的非脆弱控制器；步骤4、验证基于非脆弱控制器所构建城市交通控制系统的正性；步骤5、验证城市交通控制系统的随机稳定性。本发明能有效改善解决城市交通系统中突发事故带来的道路拥堵问题。基于事件触发机制，设计了事件触发非脆弱控制器，降低了系统设计成本，保证城市交通控制系统安全稳定运行。

技术领域

本发明属于自动化技术与现代控制领域，涉及一种基于随机正系统的城市交通系统的建模和事件触发非脆弱控制方法。

背景技术

在基础设施建设和科技成果转换的推动下，我国近年来交通基础设施和出行需求都成倍增长，交通系统持续快速发展。城市道路交通系统主要由路网系统、交通流、交通监测和控制系统构成。作为由无数个体构成的宏观系统，城市道路交通系统具备包括高度随机性、不均衡性、不确定性在内的复杂动态系统的一系列特征。这对我们研究城市道路交通系统带来了不小的挑战。

城市交通治理是城市发展的重要基石，也是城市文明和经济发展的重要表征。但是城市规模的急剧扩张以及以小汽车为主导的出行方式给城市交通治理带来了巨大的挑战，特别是城市交通拥堵带来的一系列负面问题。为解决城市交通拥堵和事故频发等问题，我们首先通过以城市道路网络节点处车流量为研究对象，建立状态空间描述的车辆驶入和驶出系统模型。考虑到系统的状态变量总是非负的和道路交叉口交通信号灯的切换，正马尔科夫跳变系统被用来刻画城市道路交通系统。城市道路交通系统具有相对的稳定性，比如基础设施、网络布局成型后，一般情况下不会去改变，居民的出行需求在一定的时期内也不会发生太大变化，在出行量、出行结构、出行分布上具有相对稳定性。但是这种稳定是一种脆弱的稳定，随时可能受到交通信号灯故障或其他突发状况影响，引发拥堵，且拥堵会迅速破坏稳定系统，快速蔓延、传播。对于这些由于执行元件故障导致的系统不稳定，非脆弱控制方法可以通过设计合适的控制律，保障系统在执行器故障的情况仍可以安全平稳运行。事件触发控制事件通过设计事件触发条件，避免系统执行不必要的采样，从而达到减轻通信负担和避免资源浪费的目的。

针对上述问题，本发明利用现代控制理论技术建立城市道路交通系统的状态空间模型，基于事件触发策略的基础上，为系统设计了非脆弱控制器，分析其正性和稳定性，使城市交通控制系统保持安全稳定运行。综上，设计一种基于随机正系统的城市交通控制系统的建模和事件触发非脆弱控制方法具有重要意义。

发明内容

本文的目的是针对城市道路交通系统的拥堵和交通信号灯故障等突发状况对交通系统的影响，通过对城市交通系统的建模，提供了一种基于随机正系统的城市交通系统的事件触发非脆弱控制方法。

本发明方法的具体步骤包括如下：

步骤1、建立城市交通控制系统的随机正系统状态空间模型，具体方法是：

1.1对实际交通网络进行描述