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交通运输在国民经济的发展中起着重要的作用,直接影响着人们的生活。然而现代交通方面的问题层出不穷,交通供需矛盾日益加剧,相对滞后的交通建设远不能满足社会经济发展的需要,尤其在大城市里,交通拥挤带来的经济损失、环境污染、时间和能源浪费等一系列的社会问题亟待解决。
城市的交通问题主要是交通拥堵,而迟滞现象是城市交通拥堵的主要表现,这种交通流现象通常有两大特点:第一,开始拥挤时出现流量、密度、速度的突变,第二,过后在拥挤区域内长时间的走走停停。本文研究的主要目的就是消除这种交通的滞后作用。
首先简要综述常见的三类交通流模型:基于单个车辆为描述对象的微观模型、宏观的流体动力学模型和中观的气体动力学模型。然后介绍能够描述交通流现象两大特点的交通流模型一拟稳态模型,在此模型中,从自由流到拥挤流的过渡存在着滞后作用的亚临界Hopf分岔。利用拟稳态模型所设计的控制器能够消除这种过渡时的迟滞现象,因而大大的改善了交通拥挤。反馈控制时所用到的变量有三个,系统一阶模态振幅的平方、平均密度和平均流量;用到了一个很重要的参数:匝道系数,匝道系数的增大意味着匝道进入干道的车辆减少,从而来疏通干道的车辆。首先将模型进行中心流形降阶,通过理论和数值的分岔分析,取了不同控制参数得到了开环和闭环系统相关变量的各种分岔图。从图中可以看出理论推导的结果和仿真的结果得到了很好的统一,刚好将模型中的亚临界Hopf分岔控制到超临界Hopf分岔。最后讨论了三种控制器在控制前后的效果。