智能算法使隧道控制系统的设计更加高效

很难想象没有隧道的现代交通网络。它们帮助我们绕过河流和山脉，并确保交通不会过多干扰我们在城市地区的日常生活。现代隧道是高度复杂的系统，需要持续监控以确保它们对司机来说是安全的。

博士研究员LarsMoormann开发了智能工具，可以更轻松地为这些系统设计出高效的控制器。他将于12月15日在机械工程系进行论文答辩。

公路隧道在世界各地的交通基础设施中发挥着重要作用。它们被用来绕过河流和山脉，改善交通流量，提高城市地区的生活质量。在荷兰这个欧洲人口密度最高、水路网络最密集的国家，隧道是交通基础设施的共同特征。

最近在荷兰建造的隧道的一个例子是KoningWillem-Alexander隧道(见上文)。这条隧道穿过马斯特里赫特市地下，以增加穿过城市的交通流量，并改善居民的生活质量。鲁尔蒙德也有类似的隧道。

安全第一

为了确保司机能够安全地使用这些地下通道，现代隧道通常包含无数的技术装置。想想智能照明、通风、疏散系统、灭火工具和防洪系统。这些技术装置共同构成了一个复杂的网络，该网络由所谓的监督控制器进行协调。这些控制器的任何故障都可能导致危险情况或交通流中断，这种情况可能持续数小时甚至数天。

“这些控制器使用数字系统来监视和控制隧道中的装置，然后使用计算机算法通过反馈回路进行报告，”控制系统技术组的研究员LarsMoormann解释说。“当然，也有人工交通操作员，他们可以在必要时进行人工干预，例如在发生事故时关闭隧道或改变特定的交通信号灯。”

让数字控制器在隧道等复杂环境中正常工作并非易事。“幸运的是，我们有办法使用一种称为监督控制理论的方法使设计过程自动化，”Moormann说。

从模型到合成

使用监督控制理论的第一步是提出合适的隧道模型及其要求。为此，Moormann创建了一种工具，可以在几分钟内为一条完整的公路隧道建模。通过指定隧道的参数，例如交通管道的数量、车道和逃生门，该工具会自动确定该隧道需要哪些模型。

“然后我们使用计算机算法从创建的模型中自动派生出特定的监督控制器，”Moormann说。“这是一个随着系统组件和参数的数量呈指数增长的复杂问题。但是，由于公路隧道往往是对称的，因此我们能够显着降低综合问题的复杂性。毕竟，如果一个系统包含对称的子系统,supervisorsynthesis的计算只需要执行一次。”

使用新的综合工具，研究人员将控制器综合过程的性能提高了80%。

测试控制器

下一步是在现实生活中的隧道系统中对控制器进行测试。在他能够做到这一点之前，Moormann必须想出一种方法让他的控制器与可编程逻辑控制器(PLC)一起工作，可编程逻辑控制器是工业中经常用于实现控制器的硬件平台。

典型的公路隧道由十多个PLC控制，这些PLC都需要相互通信，这一过程可能导致通信延迟。研究人员开发了算法来减少这些延迟对控制器的负面影响。

Moormann随后在几个公路隧道上测试了他的项目的结果，包括KoningWillem-Alexander隧道、EersteHeinenoord隧道和Roermond附近的Swalmen隧道。

“我们对结果非常满意。我们的研究表明，监督控制理论不仅快速且正确，而且适用于这些类型的系统。这意味着这些方法已经准备好投入实践，并且可以帮助确保我们隧道中的交通流量保持安全和高效。”

与Rijkswaterstaat的合作

Moormann的研究是MultiWaterWerk(MWW)项目的一部分，该项目是TU/e与Rijkswaterstaat之间的合作项目，Rijkswaterstaat拥有荷兰27条隧道中的20条。该项目旨在标准化新船闸、隧道和其他基础设施的设计，以节省成本和时间。

其中一部分包括Moormann在他的项目中用于生成自动控制系统的基于综合的方法。这些方法正变得越来越流行，因为它们不仅可以减少生产时间，而且可以立即保证正确性。

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