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原文传递控制理论在跟驰模型中的应用研究

论文题名：	控制理论在跟驰模型中的应用研究
关键词：	车辆跟驰模型;反馈控制;稳定性条件;数值模拟
摘要：	随着科学技术的突飞猛进，工业水平和人民生活质量的不断提高，使得有限的道路上的车辆变得越来越多，交通流量日益增加，从而造成了严重的交通拥堵，并引发了一系列的问题。因此，交通问题受到了广大学者的高度关注，他们从不同的角度来建立交通模型，从而以求得缓解交通拥堵的方法。尤其备受这些学者关注的是车辆之间的作用关系，他们认为描述车辆之间作用的内在机理并揭示它们之间的演变规律是提高车流稳定性的一个重要手段。1961年，著名学者 Newell在前人的基础上，提出了一个由一阶微分方程描述车辆之间作用关系的车辆跟驰模型，并定义了优化速度函数（OV），从而使得交通流在微观上的研究得到了突破性的进展。后来，许多学者在优化速度模型的基础上，又进行了许多研究，并取得了丰硕的成果。其中有学者将跟驰模型进行离散化研究，并称之为耦合映射（CM）跟驰模型。他们还将控制理论的思想引入到 CM跟驰模型中，通过设置不同反馈控制项，并用控制理论的方法对模型进行稳定性分析。他们的研究在交通拥堵控制方面都取得了很好的效果。近年来，也有学者慢慢将控制理论的方法应用到车辆跟驰模型中，也取得了一些成果。　　本文在跟驰模型的基础上，基于反馈控制理论，建立若干改进的跟驰模型，运用控制理论的方法对模型进行了理论分析，得到了相应模型下的稳定性条件，并对模型进行数值模拟，以求试图研究车辆之间作用的内在机理，从而提出一些缓解交通拥堵的方法。全文的主要工作如下：　　一、控制方法在多相交通流跟驰模型中的应用研究　　基于 Bando的优化速度模型，对于最优速度的选取考虑到多相交通流的存在，选取Nagatani所提出的多相交通流的优化速度模型，运用控制理论的方法分析模型，得到模型的稳定性条件。然后将前后车辆的速度差作为反馈控制项加在该模型中，再运用控制理论的方法分析得到新模型的稳定性条件。通过比较加入反馈控制项与没有加入控制项的稳定性条件，从而得到反馈控制项对交通流的影响。通过数值模拟，从而验证理论分析结果。　　二、考虑非机动车和交通急推影响的跟驰模型　　基于Bando的优化速度模型，并考虑到实际交通中存在非机动车的参与会对交通造成影响，且车辆在行驶过程中有急加速或急减速的情况建立了改进的模型。运用控制理论的方法对所建立的模型进行稳定性分析，通过得到的稳定性条件来说明非机动车及车辆急加速或急减速对整个交通流的影响。再将前后车辆的速度差作为反馈控制项添加在所建的模型中，同样运用控制理论的方法对有反馈控制项的模型进行稳定性分析，然后比较加入反馈控制项前后的模型的稳定性条件来说明反馈控制信号对整个交通流的影响。最后，对模型进行数值模拟，从而来验证理论分析的结果。　　三、考虑期望间距的全速度差模型　　基于姜锐等人提出的全速度差模型，考虑车辆行驶过程中司机的期望车辆间距与实际间距的不同从而对整个车流可能会造成影响来提出改进模型。运用控制理论的方法对所建立的模型进行稳定性分析，从而得到稳定性条件。通过稳定性条件来说明司机的期望间距与实际间距之间的差异大小对整个车流的影响。然后对模型进行数值模拟，从而来验证理论分析的结果。
作者：	刘艺
专业：	船舶与海洋工程
导师：	葛红霞;李志鹏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	宁波大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文