FPGA的模糊控制交通燈控制方案設(shè)計(jì)

摘要：針對(duì)目前交叉路口交通控制信號(hào)燈的綠信比固定不變的問題，提出一種模糊控制的方案。根據(jù)當(dāng)前相位的車流量和當(dāng)前相位與下一相位車流量之差，實(shí)時(shí)控制相位綠信比，縮減車輛在交叉路口的排隊(duì)長(zhǎng)度。綠信比可在FPGA上模擬實(shí)現(xiàn)，采用E-Elements ISE Development Kit開發(fā)套件，使用ISE10．1軟件設(shè)計(jì)工具，對(duì)上述控制方案進(jìn)行仿真。
關(guān)鍵詞：交叉路口；模糊控制；FPGA；ISE10．1

1 概述
為了解決城市交通擁擠的問題，需要從供求兩個(gè)方面來采取措施：一是加強(qiáng)城市道路的基礎(chǔ)建設(shè)，二是要充分利用、提高現(xiàn)有路網(wǎng)的利用效率。目前，國內(nèi)的城市交通燈大多數(shù)都是采用固定的綠信比(一個(gè)信號(hào)相位的有效綠燈時(shí)長(zhǎng)與周期時(shí)長(zhǎng)之比)，不能滿足交叉路口車輛的時(shí)變性要求。
模糊控制技術(shù)作為智能控制的重要分支之一，它的最大特點(diǎn)是針對(duì)各類具有非線性、強(qiáng)耦合、不確定性、時(shí)變的多變量復(fù)雜系統(tǒng)，在各個(gè)控制領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用，并取得良好的控制效果。在城市道路中存在大量的平面交叉路口，交叉路口一般可以分成十字形、X形、T行、Y行和多路交叉形，本文以十字形交叉路口作為研究對(duì)象。
在平面交叉路口上某一支或者幾支交通流所獲得的通行權(quán)稱為信號(hào)權(quán)，簡(jiǎn)稱相位。一個(gè)周期內(nèi)有幾個(gè)信號(hào)相位，則稱該信號(hào)系統(tǒng)為幾相位系統(tǒng)。本文以雙向6車道4相位系統(tǒng)為例。第1相位東兩方向交通流直行，第2相位東西方向交通流左轉(zhuǎn)，第3相位南北方向交通流直行，第4相位南北方向交通流左轉(zhuǎn)，所有右轉(zhuǎn)方向交通流不予控制。其交通運(yùn)行圖如圖1所示。

2 模糊控制器的設(shè)計(jì)
模糊控制器通常包括模糊化接口、數(shù)據(jù)庫、規(guī)則庫、模糊推理機(jī)和解模糊接口5部分，如圖2所示。

2．1 隸屬度函數(shù)
為了完成輸入的模糊化，必須知道輸入精確值對(duì)模糊化的隸屬度函數(shù)，如取7個(gè)，即PL(正大)、PM(正中)、PS(正小)、ZE(零)、NS(負(fù)小)、NM(負(fù)中)、NL(負(fù)大)。在精度要求比較高的情況下可以采用正態(tài)分布，一般情況下可取三角形或者梯形，本文采用三角形的隸屬度函數(shù)。
在紅燈期間，取線圈感應(yīng)取為100 m，車身及車距平均距離取5 m，將測(cè)得的車輛排隊(duì)長(zhǎng)度P看作模糊變量。其論域?yàn)椋?br /> P={1，3，5，7，9，11，13，15，17，19，21}
取7個(gè)語言值，其賦值表如表1所列。

當(dāng)前相位車隊(duì)長(zhǎng)度與下一相位的車隊(duì)長(zhǎng)度之差Q作為綠燈延遲的修正值。其論域?yàn)椋?br /> Q={-12，-9，-6，3，0，3，6，9，12)