城市过饱和路网信号控制的多目标相容优化控制方法研究

从城市路网交通拥堵实际问题中抽象出来的多目标控制问题，是当前控制理论研究中的热点和难点问题，也是现代交通工程中具有应用普遍性的问题。本项目以解决多目标相容优化控制的两大难题：控制解的鲁棒性和控制器设计问题为目标，试图提出一系列多目标相容优化控制方法来缓解城市过饱和路网的拥堵问题，并在仿真环境下进行验证。本项目的主要创新点是：深入剖析交通路网中过饱和状态产生、持续、消散过程，将控制问题抽象为一个冲突的多目标控制问题，提出具体的多目标相容优化控制算法，结合预测控制中的滚动优化、鲁棒控制中的鲁棒性和多目标优化中的偏好信息的处理以及动态多目标优化的方法，解决多目标相容优化控制中控制解的鲁棒性、偏好性、动态优化问题。

本项目通过深入剖析交通路网中过饱和状态产生、持续、消散过程，将城市路网交通拥堵这一实际控制问题抽象为一个冲突的多目标控制问题。冲突多目标控制问题，是当前控制理论研究中的热点和难点问题，也是现代交通工程中具有应用普遍性的问题。解决冲突多目标控制问题的难点在于,第一,不存在一个能够实现多个冲突目标的最优目标解，因此，必须在可行解中找到“次优解”，从而保证解的存在性和次优性。第二，需要设计有效的控制系统，保证控制解的鲁棒性，并动态达到“次优解”。本项目以解决冲突多目标控制的两大难题为目标，借鉴多目标优化领域中的Pareto 方法，针对控制问题所具有的诸多复杂特点，如优化的目标函数是动态的，寻优速度必须满足实时控制要求，状态变量模型（或称决策函数）一般都存在不确定性，模型和实际被控对象之间存在模型误差等等，提出了一系列面向冲突多目标控制问题的多目标相容优化控制方法。采用该方法，找到可行的次优解，同时，设计面向冲突多目标控制问题的相容控制器，其中包括相容预测控制算法、偏好相容控制算法、鲁棒相容控制算法等，动态达到次优解。以上研究成果，在理论上解决了冲突多目标控制的两大难题- - -可行解的存在性问题和优化控制问题，突破了以加权法和约束法为代表的传统多目标控制方法的局限性。在该成果用来缓解城市过饱和路网的拥堵问题，并在仿真环境下进行验证，效果良好。