控制理论在交通流建模中的应用

　　交通流理论自提出以来就引起了国内外广大学者的关注，并取得了若干重要成果。在交通流理论不断发展过程中，控制的思想便在诸多学者的论文中“若隐若现”。本著作梳理了交通流理论发展过程中的重要文献，浅析其中的“控制”元素，详细介绍了外部条件对交通流运行的控制作用，将经典控制理论、现代控制理论以及离散控制方法引入交通流跟驰控制系统。

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目录　
丛书序　
前言　
第1章　绪论　1　
1.1　交通流控制　1　
1.2　交通流理论的发展　2　
1.3　研究展望　3　
第一篇　交通流模型的控制元素　
第2章　流体力学模型的控制元素及分析　7　
2.1　流体力学模型起源及初期发展　7　
2.1.1　LWR模型　7　
2.1.2　PW模型　8　
2.2　流体力学模型中的控制元素　8　
2.2.1　速度梯度模型　8　
2.2.2　平均场速度差控制效应　9　
2.2.3　有界理性和胆小激进驾驶行为控制效应　11　
2.3　本章小结　13　
第3章　跟驰模型的控制元素及分析　14　
3.1　跟驰模型的发展与控制　“端倪”　14　
3.2　全广义最优速度模型　15　
3.2.1　数学模型　15　
3.2.2　控制效果对比　18　
3.2.3　线性稳定性分析　20　
3.2.4　非线性分析　22　
3.2.5　仿真分析　27　
3.3　混合最优速度模型　30　
3.3.1　数学模型　30　
3.3.2　线性稳定性分析　32　
3.3.3　仿真分析　34
3.4　本章小结　37　
第4章　格子交通流模型的控制元素及分析　38　
4.1　格子交通流模型的发展与控制　“端倪”　38　
4.2　广义格子交通流模型　39　
4.2.1　数学模型　39　
4.2.2　线性稳定性分析　43　
4.2.3　改进的KdV方程　44　
4.2.4　仿真分析　48　
4.3　后视效应格子交通流模型　50　
4.3.1　数学模型　50　
4.3.2　线性稳定性分析　52　
4.3.3　仿真分析　55　
4.4　本章小结　57　
第二篇　交通流的外部控制作用　
第5章　斜坡道路条件对交通流的控制作用　61　
5.1　研究基础　61　
5.2　考虑斜坡控制效应的跟驰模型　62　
5.2.1　数学模型　62　
5.2.2　线性稳定性分析　63　
5.2.3　非线性分析与孤立子解　65　
5.2.4　斜坡条件对交通流稳定性以及孤立子波的控制作用　68　
5.3　考虑斜坡控制效应的格子交通流模型　78　
5.3.1　数学模型　78　
5.3.2　线性分析　80　
5.3.3　非线性分析与孤立子解　81　
5.3.4　斜坡条件对孤立子波的控制作用仿真分析　83　
5.4　斜坡控制效应对车辆能量消耗的影响　87　
5.4.1　能量消耗模型　87　
5.4.2　坡度条件对交通流能量消耗的控制分析　88　
5.5　本章小结　92　
第6章　弯道条件对交通流的控制作用.93　
6.1　弯道交通流模型　93　
6.2　线性稳定性分析　95
6.3　非线性分析　98　
6.4　弯道条件对交通流的稳定性控制作用　100　
6.5　弯道条件对交通流的能量消耗的控制作用　103　
6.6　本章小结　106　
第7章　信号灯对交通流的控制作用　108　
7.1　主干路信号灯协调控制策略　108　
7.2　信号灯控制下的主干路交通流跟驰模型　110　
7.2.1　模型改进　110　
7.2.2　仿真分析　112　
7.3　信号灯控制下的车辆运行模式　114　
7.3.1　车辆运行模式　114　
7.3.2　车辆运行模式判别　116　
7.4　交通流污染物排放模型　117　
7.5　主干路信号灯对交通流排放的控制作用　120　
7.5.1　周期时长对交通流的控制作用分析　121　
7.5.2　绿信比对交通流的控制作用分析　123　
7.5.3　相位差对交通流的控制作用分析　125　
7.6　本章小结　128　
第三篇　交通流跟驰系统控制器的设计与分析　
第8章　经典补偿法在交通流跟驰系统中的应用　131　
8.1　基于控制理论的交通流跟驰系统分析　131　
8.1.1　跟驰系统的控制理论分析　131　
8.1.2　稳定性分析　133　
8.1.3　时域、频域分析　134　
8.2　速度反馈控制策略对交通流跟驰系统的性能改善　135　
8.2.1　速度反馈模型　135　
8.2.2　稳定性分析　135　
8.2.3　时域、频域分析　136　
8.2.4　仿真分析　138　
8.3　比例微分控制策略对交通流跟驰系统的性能改善　139　
8.3.1　比例微分模型　139　
8.3.2　稳定性分析　140　
8.3.3　时域、频域分析　141
8.3.4　仿真分析　142　
8.4　混合补偿控制策略对交通流跟驰系统的性能改善　143　
8.4.1　混合补偿模型　143　
8.4.2　稳定性分析　144　
8.4.3　时域、频域分析　145　
8.4.4　仿真分析　146　
8.5　串联补偿控制策略对交通流跟驰系统的性能改善　153　
8.5.1　串联校正设计　153　
8.5.2　时域、频域分析　155　
8.5.3　周期性边界条件仿真分析　158　
8.5.4　开放性边界仿真分析　161　
8.6　本章小结　163　
第9章　状态空间法在交通流跟驰系统中的应用　164　
9.1　状态空间概述　164　
9.1.1　状态空间的基本概念　164　
9.1.2　基于传递函数方框图的动态方程　166　
9.2　状态空间法的应用　169　
9.3　稳定性分析　171　
9.4　时域、频域分析　172　
9.5　数值仿真分析　175　
9.5.1　数值仿真实验一　175　
9.5.2　数值仿真实验二　181　
9.5.3　数值仿真实验三　187　
9.6　本章小结　189　
第10章　离散控制理论在交通流跟驰系统中的应用　190　
10.1　离散控制方法概述　190　
10.1.1　离散控制系统的基本概念　190　
10.1.2　Z变换　191　
10.1.3　脉冲传递函数　192　
10.1.4　离散系统的稳定性分析　193　
10.2　基于Newell模型的离散系统控制分析　194　
10.2.1　Newell模型离散控制分析　.194　
10.2.2　稳定性分析　196　
10.2.3　反馈控制方案设计　197　
10.2.4　仿真分析　201
10.3　基于最优速度模型的离散系统控制分析　204　
10.3.1　最优速度模型离散控制分析　204　
10.3.2　稳定性分析　206　
10.3.3　控制策略的设计　209　
10.3.4　仿真分析　211　
10.4　本章小结　213　
参考文献　214　
《交通与数据科学丛书》书目　219