FPGA的模糊控制交通燈控制方案設計

摘要：針對目前交叉路口交通控制信號燈的綠信比固定不變的問(wèn)題，提出一種模糊控制的方案。根據當前相位的車(chē)流量和當前相位與下一相位車(chē)流量之差，實(shí)時(shí)控制相位綠信比，縮減車(chē)輛在交叉路口的排隊長(cháng)度。綠信比可在FPGA上模擬實(shí)現，采用E-Elements ISE Development Kit開(kāi)發(fā)套件，使用ISE10．1軟件設計工具，對上述控制方案進(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(wèn)題，需要從供求兩個(gè)方面來(lái)采取措施：一是加強城市道路的基礎建設，二是要充分利用、提高現有路網(wǎng)的利用效率。目前，國內的城市交通燈大多數都是采用固定的綠信比(一個(gè)信號相位的有效綠燈時(shí)長(cháng)與周期時(shí)長(cháng)之比)，不能滿(mǎn)足交叉路口車(chē)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)是針對各類(lèi)具有非線(xiàn)性、強耦合、不確定性、時(shí)變的多變量復雜系統，在各個(gè)控制領(lǐng)域中得到廣泛的應用，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稱(chēng)為信號權，簡(jiǎn)稱(chēng)相位。一個(gè)周期內有幾個(gè)信號相位，則稱(chēng)該信號系統為幾相位系統。本文以雙向6車(chē)道4相位系統為例。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，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，所有右轉方向交通流不予控制。其交通運行圖如圖1所示。

2 模糊控制器的設計
模糊控制器通常包括模糊化接口、數據庫、規則庫、模糊推理機和解模糊接口5部分，如圖2所示。

2．1 隸屬度函數
為了完成輸入的模糊化，必須知道輸入精確值對模糊化的隸屬度函數，如取7個(gè)，即PL(正大)、PM(正中)、PS(正小)、ZE(零)、NS(負小)、NM(負中)、NL(負大)。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。
在紅燈期間，取線(xiàn)圈感應取為100 m，車(chē)身及車(chē)距平均距離取5 m，將測得的車(chē)輛排隊長(cháng)度P看作模糊變量。其論域為：
P={1，3，5，7，9，11，13，15，17，19，21}
取7個(gè)語(yǔ)言值，其賦值表如表1所列。

當前相位車(chē)隊長(cháng)度與下一相位的車(chē)隊長(cháng)度之差Q作為綠燈延遲的修正值。其論域為：
Q={-12，-9，-6，3，0，3，6，9，12)