【正文】 37 圖 13 輸出變量各模糊子集的隸屬函數(shù) 確定模糊控制規(guī)則確定控制規(guī)則的原則是：當?shù)却犃虚L或很長時,增加綠燈時間,選取的輸出以放行、減少車輛等待為主；而當?shù)却犃休^短時,選取的控制量以防止綠燈時間浪費為出發(fā)點。通過總結實踐和專家經(jīng)驗,建立了模糊控制規(guī)則表,如表 2 所示。一共有 55=25 條控制規(guī)則。 表 2 直行相模糊控制的規(guī)則表sq pVS S M L VLVS NL NM O PM PLS NL NM O PM PLM NL NM O PM PLL NL NL NS PM PLVL NL NL NM PS PL 38 在 MATLAB 環(huán)境下所生成的模糊控制規(guī)則表形式如下圖所示：圖 14 模糊控制規(guī)則表對應形式雙輸入單輸出的模糊控制器，其控制規(guī)則可寫成如下形式：if ( is )and ( is ) then (Δe is )pqiQsqjSijE這里 , , 分別是上文定義的模糊語言變量。根據(jù)每一條規(guī)則,都ijSijE可以求出相應的模糊關系 ：ijR （33）ijijijQS??其中（i=1,∧,5） 所以控制規(guī)則對應的模糊關系為 R （34）51ijjiRY? 39 圖 15 模糊控制具體對應關系形式在 MATLAB 環(huán)境下，該模糊控制通過上面建立的輸入、輸出的模糊子集所得到的模糊邏輯關系的三位圖形如下： 40 圖 16 模糊邏輯關系三維顯示圖 模糊推理及反模糊化的方法根據(jù)模糊推理合成規(guī)則運算,得出相應的控制量變化的模糊集 E， （35）()EQSR??=即： （36）()(,)[()()],ERQSexyexyxSE???????“o”是合成運算符。合成的結果是一個模糊子集,可按隸屬度量大法、中位方法或加權平衡法進行反模糊化,得到在區(qū)間 E 上的精確控制量 Δe*,再經(jīng)尺度變換后得實際的控制量增量 Δe。設直行相綠燈實際范圍為 41 [gmin,gmax],右行、左行相綠燈實際范圍為[g39。39。min,g39。39。max],可按下列公式 轉換為實際控制量 e： （37）min maxin(6),()/12(eeegKg??????直 行 ） （38）` ``in axin(),()/(ee??左 ,右 行 ）式中 為由論域到基本論域的比例因子。直行相和右行相、左行相使用*e的比例因子不同。 模糊響應表的生成根據(jù)輸入變量和輸出變量的隸屬度函數(shù)﹑模糊控制規(guī)則,由模糊邏輯運算可離線算出模糊關系矩陣 R。由于 R 龐大,因此不利于儲存和在線運算,通常是進一步求出模糊響應表,即模糊控制表。在實際控制過程中,可根據(jù)模糊量化后的輸入變量值,直接查詢模糊響應表,以獲得控制量的變化值Δe*。再運用（37）或（38）式,得到綠燈亮的時間, 然后去控制信號燈和倒計時器。下面是關于直行時生成的多相位模糊響應表的函數(shù), 是直行相模糊控制器。Sfis =readfis(39。ccc39。)。 %調用綠燈延時模糊推理模塊，該模塊己經(jīng)編輯并形成文件，輸入為直行車輛排隊長度和左行車輛排隊長度。ulist=zeros(11,11)。 % 模糊控制表for i=1:1:11。 for j=1:1:11。 qp=i1。 qs=j1。 42 ulist(i,j)=evalfis([qp,qs], Sfis) endend MATLAB 軟件介紹MATLAB 是美國 MathWorks 公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括 MATLAB 和 simulink 兩大部分。MATLAB 是矩陣實驗室（Matrix Laboratory）的簡稱，和Mathematica，Maple 并稱為三大數(shù)學軟件。MATLAB 可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語言的程序等，主要應用于工程計算、控制設計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設計與分析等領域。MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C，F(xiàn)ORTRAN 等語言完相同的事情簡捷得多，并且 mathwork 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點,使MATLAB 成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對C，F(xiàn)ORTRAN， C++ ，JAVA 的支持。可以直接調用，用戶也可以將自己編寫的實用程序導入到 MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調用。 43 MATLAB 模糊邏輯工具箱介紹MATLAB 模糊邏輯工具箱是數(shù)字計算機環(huán)境下的函數(shù)集成體，可以利用它所提供的工具在 MATLAB 框架下設計﹑建立以及測試模糊推理系統(tǒng)，結合Simulink，還可以對模糊系統(tǒng)進行模擬仿真，也可以編寫獨立的 C 語言程序來調用 MATLAB 中所設計的模糊系統(tǒng)。對于一些簡單的應用，MATLAB 模糊邏輯工具箱提供了圖形用戶界面（GUI）幫助使用者方便﹑快速的完成工作。當然，如果愿意的話，這些工作也可以通過命令行語句或程序來完成。模糊邏輯工具箱可以完成許多工作，其中最重要的就是創(chuàng)建和測試模糊推理系統(tǒng)。我們可以利用可視化圖形工具或命令行函數(shù)來輸入建立模糊邏輯推理系統(tǒng)，甚至還可以用聚類或自適應神經(jīng)網(wǎng)絡模糊系統(tǒng)等技術來自動生成符合需要的模糊推理系統(tǒng)。進一步，還可以運用 MATLAB 的仿真工具Simulink 來建立一個仿真環(huán)境，以測試結果模糊系統(tǒng)的功能和效果。通過模糊工具箱提供的 C 語言編程接口，可以很容易地在獨立的 C 代碼中使用 MATLAB 工具箱建立的模糊推理系統(tǒng)，而不需要 MATLAB 的仿真環(huán)境。這樣使得用戶可以在 MATLAB 環(huán)境中完成一個具體模糊系統(tǒng)的設計﹑建立﹑修改和測試工作，然后通過編寫獨立于 MATLAB 環(huán)境的 C 語言程序來調用這個模糊系統(tǒng)，進而可以方便地用到實際的系統(tǒng)開發(fā)中去。 評價指標計算本課題通過以交叉路口的平均車輛延誤作為評價指標,以此衡量模糊控制器的控制性能。設在一個周期 T 內(nèi),第 i 相位 jk 車道的車輛延誤為 44 則： ()jkdi 1()(),2) 1max{,0}()max{()1),0},2jkjkijkjjijkjkjiqiCedigigiqej???????????紅 燈 綠 燈（41）所以第 i 相位所有進口的車輛總延誤為： （42）621()()jkjdii??周期 T 內(nèi)所有進口的車輛總延誤為： （43）61()()iDTd?同理設在一個周期 T 內(nèi)所有進口車輛到達數(shù)為 C(T),則： (44)621()()jkijCi??所以 n 個周期內(nèi)六個進口的車輛平均延誤為： (45)10()kiiDdQC??其中, 為周期開始時所有進口的初始隊列長度之和,即在第一個周期開0始時,車輛等待隊長之和。 仿真系統(tǒng)設計與實現(xiàn)設 T 為周期，i 為相位單路口多相位模糊控制器的仿真系統(tǒng)流程圖如圖14 所示： 45 初始化 T=1，i=1隨機生成j=1…6，k=1，2(0),jkq根據(jù) i 分別調用相應模糊控制隨機生成 ，計算()jkCi()jkqii=i+1i6i=1,T=T+1是否結束？ 仿真結束YN YN圖 17 仿真系統(tǒng)流程圖 仿真結果分析用 MATALAB 編寫了單路口交通的多相位實時模糊控制仿真程序,仿真參數(shù) Qlimit=20,[gmin,gmax]取[20,60],[g39。39。min,g39。39。max]取[10,20]。作為對比,亦編寫了定時控制方法仿真程序,直行相位取 60 秒,其它相位取 20 秒。 46 為保證結論的可靠性,將模糊控制與定時方案作了多次仿真比較,每次仿真為 10 個周期,結果見表 3。表 3 模糊控制與定時控制結果比較 次數(shù)方法 1 2 3 4 5 6 7 8定時控制 模糊控制 經(jīng)過多次仿真運行,得到模糊控制車輛平均延誤 d1= 秒/輛,定時控制方法的車輛平均延誤為 d2= 秒/輛。模糊控制方法的車輛平均延誤與定時控制方法相比,減小(d2d1)/d2100%=%?？梢?采用模糊控制方法綠燈時間隨交通量而變，車輛平均延誤減少,因此比定時信號更能適應交通量的隨機變化,通行能力增大。多相位模糊控制器適用于單路口多車道的交通控制。由于每一相位的配時是根據(jù)路口實時數(shù)據(jù)經(jīng)模糊推理一次確定,可用于安裝倒計時器的路口,仿真結果表明該方法是有效的。如果不借助于開發(fā)工具,用高級語言如 C 語言或匯編語言等自行編程設計模糊控制器,則開發(fā)時間長、效率低且通用性差。本文用 MATLAB 提供的模糊邏輯工作箱輔助設計多相位模糊控制器,方便快速,大大縮減了編程工 47 作量,且論域、語言變量、隸屬函數(shù)、控制規(guī)則等設定和修改非常容易。對于參數(shù)不確定系統(tǒng),更便于分析不同參數(shù)對控制結果的影響,以尋找更優(yōu)的控制效果。改善模糊控制性能的最有效方法是優(yōu)化模糊控制規(guī)則。通常,模糊控制規(guī)則是通過將人的操作經(jīng)驗轉化為模糊語言形式獲取,帶有相當?shù)闹饔^性。運用控制理論、遺傳算法優(yōu)化規(guī)則,為以后作進一步的研究。 在畢業(yè)論文選題之后，知道本次自己做的論文跟現(xiàn)實生活緊密相連，甚至在生活中起到了很大的作用，當自己確定要設計一個關于交叉路口交通燈的智能控制系統(tǒng)時，首先要明確自己的思路和想法，通過利用模糊控制算法在 MATLAB 環(huán)境下進行仿真，并通過與交通燈的定時控制相比較，最后驗證該方法的可行性。通過從確定選定題目到答辯的幾個月時間里，在指導老師和同學的幫助下自己終于完成了本次畢業(yè)論文設計。自己也在這次設計的過程中學到了不少的東西，不僅僅加強了對所學專業(yè)知識的了解，特別是在智能控制和 MATLAB 方面有進一步的了解。同時，對于交叉路口的車輛的運行情況和應該遵循的交通燈的控制有了更多的了解。最重要的是讓自己知道了應該怎樣把理論和實際情況相結合，使之在現(xiàn)實生活中得到最大的利用，為人們帶來更多的好處。 48 此次論文設計在查閱資料和對設計題目的了解以及將其聯(lián)系到現(xiàn)實生活中的應用都是至關重要的，只有確定了自己的設計方案和滿足所要設計的要求以后才能更快速，更完整地完成論文設計。 49 結束語1）通過對單交叉口交通燈信號進行模糊控制，并對其進行仿真，仿真結果表明其控制效果比定時控制大為改善，但仍然存在著一些問題例如：模糊控制方法主要基于人的經(jīng)驗，因此對模糊變量的劃分和隸屬度函數(shù)的取值必須經(jīng)過深入研究，并通過實際運行得到的結果不斷修正這些數(shù)據(jù)才能達到一個理想的效果。 2）本文提出的控制方法只是針對一個單個的交叉口的交通燈控制方案，而城市交通系統(tǒng)是一個龐大而復雜的系統(tǒng)，各個交叉口之間必然存在著一定的聯(lián)系，如何找出這些聯(lián)系并建立一個有效的模型對實現(xiàn)城市交通系統(tǒng)智能化意義重大。 雖然本文提出的控制方法只是針對一個單個的交叉口的交通燈控制方案，但卻開辟了一個新的思路，對于更為龐大而復雜的交通系統(tǒng)的自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)，實現(xiàn)城市交通系統(tǒng)智能化有著極為重要的參考價值。 50 參考文獻[1]劉曙光, 魏俊民, [M].北京：中國紡織出版社 [2][M].北京：清華大學出版社[3]尹宏賓, [M].廣州：華南理工大學出版社[4]朱銘琳, 陳陽舟, [J].交通與計算機[5]陳林, [J].電子工程師[6] [M].北京: 人民交通出版社[7]韋巍，[8] 程序設計與應用（第二版）.高等教育出版社[9]王艷娜, 周子力, 王新偉. 基于模糊控制的多相位交叉口交通信號控制[J].計算機工程[10][J]，微計算機信息[11]陳洪，[12]陳森發(fā)，陳洪，.系統(tǒng)仿真學報[13]，：哈爾濱工業(yè)大學出版社[14]黃文梅，楊勇， ：國防科技大學出版社