[發(fā)明專利]基于離散宏觀交通流P模型的FPGA在線預測控制方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210316182.4
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN102831771A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發(fā)明（設計）人: 史忠科;劉通
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: G08G1/00
• 分類號: G08G1/00;G08G1/01;G06F19/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于離散宏觀交通流P模型的FPGA在線預測控制方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、根據(jù)離散宏觀交通流P模型：

x(n+1)=x(n)+f[x(n)]+B(n)u(n)

式中，

x(n+1)=[k₁(n+1)?v₁(n+1)?k₂(n+1)?v₂(n+1)…k_N(n+1)?v_N(n+1)]^T

u(n)=u1(n)u2(n)...uNT(n)T,]]>

u₁(n)=ak₀(n)v₀(n)+r₁(n)-s₁(n)，

u_i(n)=r_i(n)-s_i(n)，(i=2，…，N-1)，

uNT(n)=[rN(n)-sN(n)-(1-a)kout(n)vout(n)],]]>

f[x(n)]TL1[(1-2a)k1(n)v1(n)-(1-a)k2(n)v2(n)]Tτ[ve(k1(n))-v1(n)]+TΓL1v1(n)[v0(n)-v1(n)]-TξτL1ω1(n)TL2[ak1(n)v1(n)+(1-2a)k2(n)v2(n)-(1-a)k3(n)v3(n)]Tτ[ve(k2(n))-v2(n)]+TΓL2v2(n)[v1(n)-v2(n)]-TξτL2ω2(n)...TLN-1[akN-2(n)vN-2(n)+(1-2a)kN-1(n)vN-1(n)-(1-a)kN(n)vN(n)]Tτ[ve(kN-1(n))-vN-1(n)]+TΓLN-1vN-1(n)[vN-2(n)-vN-1(n)]-TξτLN-1ωN-1(n)TLN[akN-1(n)vN-1(n)+(1-2a)kN(n)vN(n)]Tτ[ve(kN(n))-vN(n)]+TΓLNvN(n)[vN-1(n)-vN(n)]-TξτLNωN(n)]]>

B(n)=B1TB2T...BN-1TBNTT,BiT=TLi00]]>(i=1，…，N)

ve(ki(n))=vf[1-(ki(n)kjam)l]m]]>

ωi(n)=ki+1(n)-ki(n)ki(n)+λ,]]>i=1，2，…N；n=0，1，2，…

式中，T為采樣周期，L_i表示第i個路段，k_i(n)表示第i個路段在[nT，(n+1)T]內(nèi)的平均交通流密度，v_i(n)表示第i個路段在[nT，(n+1)T]內(nèi)車輛的平均速度，r_i(n)是第i個路段在[nT，(n+1)T]內(nèi)由匝口進入的車流量，s_i(n)=s_pi(n)+s_qi(n)是第i個路段在[nT，(n+1)T]內(nèi)由匝口駛出的車流量，s_pi(n)為由匝口駛出的正常車流量、s_qi(n)為信息顯示牌強制駛出車輛造成的流量增量，k_out(n)是道路在[nT，(n+1)T]內(nèi)輸出車輛的平均交通流密度，v_out(n)是道路在[nT，(n+1)T]內(nèi)輸出車輛的平均速度，v_e(k)是等價速度，k_jam是阻塞時的平均交通流密度，v_f是自由交通流的平均速度，τ，ξ，λ，a，l，m，Γ是常數(shù)；

步驟二、建立等價速度模型為：

第i路段：

式中，v_ea(i)為第i個路段可變信息顯示牌指定速度；

步驟三、結合Papageorgiou-D模型的離散形式和等價速度模型，在FPGA中設計包含車輛平均密度k和平均速度v的計算模塊，根據(jù)實際道路的長度和匝口信息把高速公路分成多個路段，每個路段對應一個計算模塊，根據(jù)初始信息和調(diào)控信息，在FPGA中同時并行運行這些計算模塊，預測出各個路段下一時間段的車輛平均密度和平均速度，然后把車輛平均密度和平均速度存入寄存器，在所有計算模塊完成計算后，輸出車輛平均密度和平均速度，同時把這些數(shù)據(jù)回傳給計算模塊進行下一步的計算；

步驟四、以匝口進入封閉道路流量作為模型輸入，可變信息牌作為強制速度和匝口強制輸出調(diào)節(jié)量，對于給定控制輸入預測每個路段的平均交通流密度和車輛平均速度，如果每個路段都滿足最低速度、最大密度要求，則選擇該方案以控制封閉道路匝口及可變信息牌，否則調(diào)整控制方案。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于離散宏觀交通流P模型的FPGA在線預測控制方法，其特征在于：所述計算模塊采用浮點數(shù)運算，自定義浮點數(shù)結構如下表所示：

??1符號S??6階碼e??17尾數(shù)M

共24位，其中符號1位，階碼6位，尾數(shù)17位，代表的數(shù)據(jù)大小為F=(-1)^S×1.M×2^e-31。