【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(論文)外文翻譯（附外文原文） 學(xué) 院： 課題名稱： 專業(yè)(方向)： 班 級： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 日 期： 文獻(xiàn)出處: 趙亞妮. 基于PLC的智能交通控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D]. 西安: 長安大學(xué)出版社， 2007分類號:U4910710——20040531碩士學(xué)位論文基于PLC的智能交通控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)趙亞妮導(dǎo)師姓名職稱：蘇詩琳 副教授申請學(xué)位級別：碩士論文提交日期：2007年5月10日學(xué)科專業(yè)名稱：交通信息工程及控制論文答辯日期：2007年6月3日學(xué)位授予單位：長安大學(xué)答辯委員會主席：巨永鋒 教授 學(xué)位論文評閱人：武自芳 教授 趙忠潔 副教授摘要城市道路交通智能控制技術(shù)是當(dāng)前控制領(lǐng)域和交通工程領(lǐng)域的研究熱點之一,由于交通控制具有較強的非線性。不確定性,用傳統(tǒng)的理論與方法很難對其進(jìn)行有效控制。模糊控制是一種不依賴模型的智能控制方法,通過模擬人的思維和經(jīng)驗進(jìn)行控制,是一種前景廣闊的城市智能交通控制方式。本文以標(biāo)準(zhǔn)的單交叉路口作為研究對象,提出了定時控制和模糊控制相結(jié)合的智能交通控制方法。在非高峰狀態(tài)下對交叉路口進(jìn)行模糊控制,高峰時期采用定時控制。通過研究和設(shè)計相應(yīng)的控制規(guī)則庫以及推理單元完成了模糊算法的設(shè)計,運用MATALB軟件的SIMULINK工具箱和模糊邏輯工具箱完成了對模糊控制的仿真,并在VB環(huán)境下完成了模糊控制算法的程序開發(fā)。這種模糊控制和定時控制相結(jié)合的控制方法,發(fā)揮了傳統(tǒng)定時控制的優(yōu)勢,克服了模糊控制在高峰時期控制效果不佳的狀態(tài)。關(guān)鍵詞:單交叉口,模糊控制,智能控制,可編程控制器,串口通訊第一章 緒論 5 研究背景 5 國外典型城市交通信號控制系統(tǒng)介紹 6 國內(nèi)城市交通信號控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀 6 基于模糊邏輯的城市交通控制研究 7 課題研究的意義 7第二章 城市交通信號控制的基本理論 8 交通信號控制的基本參數(shù) 8 平面交叉口信號控制的評價指標(biāo) 9 信號控制下的車輛運動過程及車輛延誤 9第三章 平面單交叉口的模糊控制器設(shè)計 10 模糊控制基本理論 11 單交叉路口智能控制器的控制算法 11 模糊控制器的設(shè)計 12第四章 智能交通控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 12 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則和設(shè)計步驟 12 PLC中的相關(guān)模塊介紹 13 系統(tǒng)的輸入輸出信號的地址分配 15結(jié)論與展望 19展望 19參考文獻(xiàn) 21致謝 22第一章 緒論 研究背景城市交通系統(tǒng)是社會經(jīng)濟的“血液循環(huán)系統(tǒng)”,是衡量一個城市文明進(jìn)步的標(biāo)志,隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和城市規(guī)模不斷膨脹,城市的經(jīng)濟貿(mào)易和社會活動日益繁忙,交通量持續(xù)增長,使得交通擁擠和阻塞現(xiàn)象越來越突出,城市交通問題越來越嚴(yán)重,城市交通問題成為我國嚴(yán)重的城市病之一,影響著城市功能的正常發(fā)揮和城市的持續(xù)化發(fā)展,如果我們不及早采取綜合措施加以治理,則城市交通必將成為影響我國經(jīng)濟發(fā)展和城市功能發(fā)揮的瓶頸。解決城市交通問題的根本途徑有兩條,一是加快道路設(shè)施規(guī)劃建設(shè),健全城市道路網(wǎng)絡(luò)體系,這種方法是一種外延型的發(fā)展途徑。誠然道路設(shè)施是發(fā)展城市交通、滿足各種交通需求的物質(zhì)載體,但受到道路建設(shè)資金和城市土地空間的限制,因此,我們除了要保證每年有一定資金用于道路建設(shè)外,更重要的是采取其他投資少見效快的方法,第二種解決城市交通問題的途徑是采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),對城市交通進(jìn)行現(xiàn)代化的管理與控制,提高現(xiàn)有道路的通行能力,這種方法是一種內(nèi)涵的方法,加強交通管理與控制是目前公認(rèn)的效益顯著、投資少的方法。從英、美、澳等國所走過的道路及所采用的方法可以看出,傳統(tǒng)的預(yù)測控制方法似乎不是今后的研究方向，智能控制可能是解決城市交通控制問題的有效途徑,應(yīng)是今后重點研究的對象。 國外典型城市交通信號控制系統(tǒng)介紹隨著計算機和自動控制技術(shù)的發(fā)展、以及交通流理論的不斷完善,交通運輸組織與優(yōu)化理論技術(shù)水平的不斷提高,交通管制的功能得到增強,控制手段越來越先進(jìn),形成了一批高水平有實效的城市道路交通控制系統(tǒng)。當(dāng)前世界各國廣泛使用的最有代表性且有成效的交通控制系統(tǒng)有TRANSYT系統(tǒng)、SCATS系統(tǒng)和SCOOT系統(tǒng)。 國內(nèi)城市交通信號控制系統(tǒng)的現(xiàn)狀我國在交通信號控制系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用方面起步較晚,1973年開始進(jìn)行單點信號機的研制,1985年在北京“前三門大街”實現(xiàn)城市交通線控系統(tǒng)控制。作為“七五”國家重大攻關(guān)項口,南京市在同濟大學(xué)的協(xié)助下開發(fā)了一套國產(chǎn)智能化交通信號控制系統(tǒng),由于種種原因,一些重要功能如實時自適應(yīng)配時等沒有使用。天津大學(xué)1989—1991年研究開發(fā)的城市交通控制系統(tǒng)TICS(Traffic Intelligent Control system)首次成功地把自學(xué)習(xí)智能原理應(yīng)用于交通信號控制系統(tǒng)中。吉林大學(xué)于20002002年在楊兆升教授主持下研究開發(fā)了適合我國城市混合交通特點的自適應(yīng)信號控制系統(tǒng)及其軟件一混合交通自適應(yīng)信號控制系統(tǒng),該系統(tǒng)納入了對自行車交通流量的檢測,在進(jìn)行信號配時優(yōu)化時考慮自行車流量對配時方案的影響,并在實際工程應(yīng)用,取得了良好的應(yīng)用效果。 基于模糊邏輯的城市交通控制研究zadeh提出的模糊集理論對解決復(fù)雜過程中不確定性的問題提供了一個很好的概念框架,它對那些人們只能進(jìn)行粗糙近似的過程的建模和分析提供了強大的概念基礎(chǔ),因而能在一定范圍內(nèi)利用人工經(jīng)驗進(jìn)行決策。城市交通控制具有十分復(fù)雜的特性,同時又在長期的實踐中積累了大量的人工控制經(jīng)驗,因而十分適合模糊控制方法的應(yīng)用。目前,模糊控制已成為智能自動化控制研究中最為活躍而又富有成果的領(lǐng)域之一,并為世界科學(xué)家所矚目。大量的模糊技術(shù)產(chǎn)品己經(jīng)在工業(yè)及民用方面中得到應(yīng)用。例如1986年,模糊控制器在日本就己經(jīng)成為商品。1987年,基于模糊控制的仙臺地鐵開通,而后,各種家電的模糊產(chǎn)品相繼研制成功并投入市場。 課題研究的意義理論意義深入研究了交通信號控制理論,探討模糊控制和和定時控制相結(jié)合的控制方法,并通過應(yīng)用在工業(yè)上應(yīng)用成熟的可編程控制器,實現(xiàn)了本文的設(shè)計思想,對實現(xiàn)區(qū)域控制有一定的借鑒意義。實際應(yīng)用價值城市交通管理在交通運輸系統(tǒng)有著舉足輕重的作用。高速發(fā)展的經(jīng)濟,落后的交通設(shè)施和管理手段,使得我國城市交通管理工作面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。根據(jù)我國城市中機動車數(shù)量逐年增加、交通秩序日趨惡化、出行時間延長、交通事故呈逐年上升趨勢的實際情況,充分發(fā)揮現(xiàn)有路網(wǎng)的效率,緩解城市交通擁擠堵塞,依靠科技進(jìn)步開發(fā)智能交通控制系統(tǒng)是一種投入少、見效快的有效途徑。該系統(tǒng)的實施能最大限度地利用城市己有的交通設(shè)施,提高路網(wǎng)的利用率,有效的控制城市交通狀況,減少交通擁擠,減少環(huán)境污染,提高經(jīng)濟效益具有重要的意義；同時對我國智能運輸系統(tǒng)ITS的研究和發(fā)展也具有重要的意義。第二章 城市交通信號控制的基本理論由于論文中所涉及的城市道路交通控制主要是指道路交叉口的信號燈控制。本章將主要介紹道路交通控制方面的一些理論知識。 交通信號控制的基本參數(shù)為便于論文的敘述,本節(jié)簡單介紹交通信號控制的基本術(shù)語。信號周期:用于指揮交通的信號總是一步一步循環(huán)變化的,一個循環(huán)由有限個步構(gòu)成。一個循環(huán)內(nèi)各步的步長之和稱為信號周期,以C表示。若一個循環(huán)有n步,各步步長分別為tl,t2,,tn,則C=t1+t2++tn ()相位:交通控制中,為了避免平面交叉口上各個方向交通流之間的沖突,通常采用分時通行的方法,即在一個周期的某一個時間段,交叉口上某一支或幾支交通流具有通行權(quán)(即該方向上的信號燈為綠色或綠箭頭),而與之沖突的其它交通流不能通行(即該方向上的信號燈為紅色)。在一個周期內(nèi),平面交叉口上某一支或幾支交通流所獲得的通行權(quán)稱為信號相位。一個周期內(nèi)有幾個信號相位,則稱該信號系統(tǒng)為幾相位系統(tǒng)。綠信比:在一個信號周期中,各相位的有效綠燈時間與周期長度的比稱為綠信比。若設(shè)tGi為第i相信號的有效綠燈時間,C為周期長度,則該相信號的綠信比λi為λi=tGi/C ()綠信比反映了該信號相位交通流在一個周期中需要綠時的大小。經(jīng)過優(yōu)化的綠信比能夠恰當(dāng)?shù)匕丫G時分配給各相位的交通流,從而使總延誤或停車次數(shù)最小。相位差:相位差是交通干線協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中的一個重要概念,分為絕對相位差和相對相位差。交通干線協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)中,干線上所有路口的信號周期相同,各路口規(guī)定某一相位參加協(xié)調(diào),稱為協(xié)調(diào)相位。把干線上某一路口作為基準(zhǔn)路口,其他各路口的協(xié)調(diào)相位起始時刻滯后于基準(zhǔn)路口的協(xié)調(diào)相位起始時間的最小時間差,稱為絕對相位差。沿車輛行駛方向任意相鄰路口的協(xié)調(diào)相位起始時刻的最小時間差,稱為相對相位差。標(biāo)準(zhǔn)車輛單位：車流中車輛的種類繁多,一般有大型的的、輕型的、重型的等等,不同類型的車輛所占的道路面積、運行靈活性都不一樣,通過停車線所用的時間也會不一樣。為了計算信號的方便,可選擇一種類型的車輛作為標(biāo)準(zhǔn)車輛單位,而把其它各種類型車輛按規(guī)定的系數(shù)折算成標(biāo)準(zhǔn)車輛單位。韋伯斯特根據(jù)英國的交通狀況,提出了采用“折算標(biāo)準(zhǔn)小客車單位”作為計算車道飽和流量的標(biāo)準(zhǔn)單位,。 不同車輛的折算系數(shù)國內(nèi)采用的折算系數(shù)略有不同。按照國內(nèi)車輛的分類方法,小客車和微卡車稱成為小型車,而大卡車和拖掛車折算為標(biāo)準(zhǔn)小型車的方法如下:l輛大型車=,l輛托掛車=在混合型車道上,當(dāng)大型車和拖掛車比重小于或等于35%時,小型車基本不受阻滯影響,則小型車就視為一輛標(biāo)準(zhǔn)小客車:若大型車和拖掛車比重大于35%且不大于85%時,；若大型車和拖掛車比重大于85%。 平面交叉口信號控制的評價指標(biāo) 信號控制下的車輛運動過程及車輛延誤一般來講,車輛通過交叉路口的延誤時間主要受車輛到達(dá)率和交叉路口的通行能力的影響。在交叉路口的通行能力不變的情況下,延誤時間主要取決于車輛到達(dá)率。為了分析信號控制下交叉口某一進(jìn)口道的延誤,不妨設(shè)車輛的到達(dá)率為q(PCU/h),同時設(shè)綠燈期間車輛的駛出率為S(PCU/h)。進(jìn)口道周期時間可分為綠燈時間tg和紅燈時間tr(可理解為包括黃燈時間和損失時間)。顯然周期C=tg+tr,描述了車輛到達(dá)交叉路口和駛離交叉路口的過程(圖中假設(shè)到達(dá)率和駛離率均為常數(shù))。在紅燈期間,車輛的駛離率為0,車輛排隊等待。當(dāng)信號轉(zhuǎn)換為綠燈時,排隊車輛以s(PCU/h)駛出率離開交叉口。綠燈開啟后g0(s)內(nèi),隊長消失。此時到達(dá)車輛以到達(dá)率q(PCU/h)離開交叉路口,直到信號燈變?yōu)榧t燈為止。 車輛到達(dá)和駛離交叉路口的過程第三章 平面單交叉口的模糊控制器設(shè)計城市交通控制系統(tǒng)是一種非線性的、時變的、滯后的大系統(tǒng)。傳統(tǒng)控制方法(如最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制)都要首先建立交通流的數(shù)學(xué)模型,在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出某種控制算法?；诔鞘薪煌ㄏ到y(tǒng)的復(fù)雜性和隨機性,建立的數(shù)學(xué)模型一般難以準(zhǔn)確地描述城市交通的實際狀況,而且算法復(fù)雜,在線估算量大,控制實時性差,控制精度也不高。尤其是中國城市的交通,車輛種類繁多,兼有自行車干擾,更是如此。因此近年來,國內(nèi)外專家學(xué)者致力于開發(fā)新的交通信號燈的控制方法,模糊控制就是新的研究方向之一。模糊控制不需要建立被控對象的精確數(shù)學(xué)模型,適合處理復(fù)雜系統(tǒng)的定性模型,而且直接用路口車輛的實時信息進(jìn)行推理、決策,從而實現(xiàn)信號燈的控制,其實時性好,精度高、原理簡單易掌握,它能模仿有經(jīng)驗的交警指揮交通時的思路,達(dá)到很好的控制效果。這是SCAT系統(tǒng)和SC00T系統(tǒng)所無法達(dá)到的,因而是一種具有廣闊應(yīng)用前景的方法,正在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。 模糊控制基本理論從廣義上講,模糊控制屬于智能控制的范疇,是以模糊集合論、模糊語言變量及模糊邏輯推理為基礎(chǔ)的非線性計算機數(shù)字控制。模糊控制系統(tǒng)與通常的計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要區(qū)別是采用了模糊控制器,模糊控制器是模糊控制系統(tǒng)的核心,一個模糊控制系統(tǒng)的性能主要取決于模糊控制器的結(jié)構(gòu),所采用的模糊規(guī)則、合成推理算法,以及模糊決策的方法等因素。 單交叉路口智能控制器的控制算法單個交叉路口信號的控制采用定時控制和模糊控制相結(jié)合的方法,具體控制算法如下::從相位i開始,進(jìn)行模糊控制,分別制定各相位的最短綠燈時間Tgmin=m和最大綠燈時間tgmax=M；:先給i相位以最短的綠燈時間tgi=tgmin=m；:在tgmin內(nèi)測得放行相位滯留的車隊長度及下一相位的等待車輛的車隊長度,分別為D和W；:若相鄰三個周期內(nèi)各相位八個進(jìn)口道的車隊長度的語言值有五個以下進(jìn)口道的車隊長度的語言值小于或等于8,則繼續(xù)進(jìn)行模糊控制,否則轉(zhuǎn)到步2；:根據(jù)D和w值的大小來確定綠燈延長時間Δt1,若Tgmin+Δt1=tgmax=M,則Δt1=M~tgmin,轉(zhuǎn)入下一相位,；否則Δt1；第一次延時結(jié)束；:第二次延時Δt2,若Δt2+Δt1+tgmintgmax則延時Δt2=tgmaxtgminΔt1,轉(zhuǎn)入下一相位,；否則延時Δt2,轉(zhuǎn)入下一相位。；步驟2:實行定時控制,若相鄰三個周期內(nèi)各相位八個進(jìn)口道的車隊長度的語言值有五個或五個以上進(jìn)口道的車隊長度的語言值大于或等于8,則繼續(xù)定時控制,。 模糊控制器的設(shè)計該模糊控制系統(tǒng)采用查表法,。 模糊控制器的工作流程第四章 智能交通控制系統(tǒng)的總體設(shè)計 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計原則和設(shè)計步驟設(shè)計原則(l)最大限度地滿足被控對象的控制要求。設(shè)計前,設(shè)計人員應(yīng)深入現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查研究,收集資料,并與機械部分的設(shè)計人員和實際