title: Εφαρμογή μη γραμμικού προσαρμοστικού ελέγχου για τοπικό και συντονισμένο έλεγχο ραμπών εισόδου αυτοκινητόδρομου

title: Application of nonlinear adaptive control to local and coordinated ramp metering in freeway networks
Creators: name: Παπαλιακος Ευσταθιος
Publisher: name: Technical University of Crete
Year: 2016

description: Στη σύγχρονη εποχή, ο άνθρωπος των πόλεων έρχεται αντιμέτωπος με το γνωστό πρόβλημα της κυκλοφοριακής συμφόρησης. Οι διαθέσιμες οδικές υποδομές, αδυνατούν τις περισσότερες φορές να εξυπηρετήσουν τον συνεχώς αυξανόμενο αριθμό οχημάτων και κατά συνέπεια την ανάγκη του ανθρώπου για γρήγορες και ασφαλείς μετακινήσεις. Μολονότι, η επέκταση και διεύρυνση των οδικών υποδομών θα μπορούσε να αποτελέσει λύση στο πρόβλημα αυτό, το γεγονός της έλλειψης χώρου αλλά και του μεγάλου χρηματικού και περιβαλλοντικού κόστους αποτρέπει τους αρμόδιους φορείς  να καταφύγουν σε τέτοιου είδους λύσεις. Έχει αποδειχθεί ότι η εφαρμογή μέτρων ελέγχου κυκλοφορίας αποτελεί τον πιο αποτελεσματικό αλλά και οικονομικό τρόπο για την αντιμετώπιση του φαινομένου της κυκλοφοριακής συμφόρησης. Ωστόσο, την ανάπτυξη μέτρων και στρατηγικών ελέγχου που σκοπό έχουν την μείωση ή ακόμα και την εξάλειψη του φαινομένου της κυκλοφοριακής συμφόρησης, ευνοεί η συνεχώς επιταχυνόμενη εξέλιξη της επιστήμης και της τεχνολογίας και ειδικότερα η τεράστια πρόοδος που έχει γίνει τις τελευταίες δεκαετίες στον επιστημονικό κλάδο του Αυτομάτου Ελέγχου. 
Η παρούσα εργασία εξετάζει την εφαρμογή καινοτόμων μεθοδολογιών ελέγχου κυκλοφορίας σε υποθετικά αλλά ρεαλιστικά δίκτυα αυτοκινητοδρόμων, μέσω της μέτρησης ραμπών εισόδου. Πιο συγκεκριμένα, στην παρούσα εργασία χρησιμοποιείται ένα μη γραμμικό μοντέλο κυκλοφοριακής ροής, το οποίο αποτελεί γενίκευση γνωστών στη βιβλιογραφία διακριτοποιημένων πρώτης τάξης μοντέλων. Το μοντέλο αυτό, θα χρησιμοποιηθεί για τη δοκιμή ενός νέου τύπου ελεγκτή, που σκοπό έχει να σταθεροποιήσει τις κυκλοφοριακές συνθήκες ενός αυτοκινητοδρόμου στο επιθυμητό σημείο λειτουργίας, ρυθμίζοντας κατάλληλα την εισροή οχημάτων από επιλεγμένες ράμπες εισόδου αυτοκινητοδρόμου. Ειδικότερα, πρόκειται για ένα ολοκληρωμένο Σχήμα Προσαρμοστικού Ελέγχου, το οποίο έχει πρόσφατα προταθεί στη βιβλιογραφία και εγγυάται την εύρωστη, ολική, εκθετική έλξη του επιθυμητού σημείου ισορροπίας των μοντέλων κυκλοφορίας που αναφέρθηκαν παραπάνω. Το προταθέν Σχήμα Προσαρμοστικού Ελέγχου βασίζεται στη λειτουργία α) ενός ονομαστικού ελεγκτή ανάδρασης, οποίος επιτυγχάνει την εύρωστη, ολική, εκθετική σταθεροποιήση του επιθυμητού σημείου ισορροπίας, όταν είναι γνωστές οι παράμετροι του μοντέλου και β) ενός μη γραμμικού dead-beat παρατηρητή κατάστασης, οποίος επιτυγχάνει την εκτίμηση των άγνωστων παραμέτρων, κατά τη διάρκεια μίας μεταβατικής περιόδου.   Η παραπάνω διαδικασία χρησιμοποιεί μετρήσεις ροής και πυκνότητας οχημάτων, οι οποίες στο πραγματικό πεδίο παρέχονται μέσω φωρατών ή\και άλλων κατάλληλων μετρητικών οργάνων. Σημαντικό χαρακτηριστικό του εξεταζόμενου Σχήματος Προσαρμοστικού Ελέγχου είναι ότι μπορεί να εφαρμοστεί και ως τοπική αλλά και ως συντονισμένη στρατηγική ελέγχου. Στην παρούσα εργασία αναδεικνύονται τα δύο παραπάνω χαρακτηριστικά μέσω της κατασκευής κατάλληλων ρεαλιστικών σεναρίων κυκλοφορίας. Τέλος, η επίδοση του προτεινόμενου Σχήματος Προσαρμοστικού Ελέγχου συγκρίνεται με άλλους, παρόμοιων χαρακτηριστικών, ελεγκτές που έχουν προταθεί στη βιβλιογραφία και έχουν εφαρμοστεί στο πεδίο.