数学模型与数学建模4.1-常微分方程模型.ppt
故若则,为稳定点;若,则,点为不稳定点,故有下述结论:(4.1.37)(1)渔场鱼量稳定的条件是;(2)在稳定条件下,渔场鱼量稳定在点处,持续捕捞量为,此时的捕捞称为适度捕捞;(3)时的捕捞称为过度捕捞,若过度捕捞,则渔场鱼量将降至,不能持续养殖。进一步考虑在渔场鱼量稳定的前提下,寻求最优捕捞强度使持续产量最大。为了获得最大的持续产量,构建如下最优化模型:s.t.(4.1.38)图4.1.8捕捞最优控制如图4.1.8,抛物线为,P点为和的交点,即为稳定的平衡点,当和的顶点相交时,交点即为最大的持续产量,此时有稳定平衡点,且有单位时间的最大持续产量,捕捞强度为。也就是说当渔场鱼量保持在最大鱼量的一半,捕捞强度为鱼群固有增长率的一半时,可以获得最大的持续产量。*制设施手册》规定:“黄灯持续时间应该在近似3—6s的范围内,路口限速值越高,对应黄灯的持续时间就越长”。德国现行的交通控制行业行为规范《交通信号控制指南》中关于黄灯时间的规定依十字路口进口道处不同限速而有所不同,黄灯时间3、4、5s对应的限速分别为50、60、70km/h。下面将建立有效黄灯时间的数学模型,并分析车辆的安全停车距离。1.保守的黄灯时间确定模型设黄灯亮的时间为,则可以表示为驾驶员的反应时间、车辆通过路口的时间和驾驶员反应后到停车线距离的行驶时间之和,即。如图4.1.5。图4.1.5路口车辆行驶图先计算。若设车辆行驶速度为法定行驶限速度,路口长度为,车身长度为,则车辆通过路口的时间为。再计算。设汽车质量为,刹车摩擦因数为,汽车耗时从刹车到停止的行驶距离为。则由牛顿第二定律,刹车过程应该满足如下微分方程:(4.1.17)对式(4.1.17)中的第一个方程积分,并将初始条件代入,得到(4.1.18)当汽车在停车线前停止时,则有,即有(4.1.19)再对式(4.1.18)积分,并将式(4.1.17)中的最后一个初始条件代入,得到(4.1.20)将式(4.1.19)代入式(4.1.20),得到停车距离.故有(4.1.21)当汽车开始减速时,若其减速度为(m/s2),则有,即,故有(4.1.22)因此理论上来说,黄灯亮的时间应为(4.1.23)且有.下面估计。当取最大值,即汽车紧急制动时,所得的时间就是黄灯应该闪烁的时间。若取(m/s2),,则(m/s2)。表4.1.2给出了各种路面与轮胎之间的动摩擦因数:表4.1.2路面与轮胎之间的动摩擦因数下面考虑驾驶员的反应时间。的确定相当复杂,车速、时间、道路状况、车辆的空间位置等都是驾驶员安全考虑并进行分析判断的因素,而且反应时间也与驾驶员的年龄和城市交通情况有关。目前已有的研究成果表明,85%的驾驶员反应时间为1—1.8s,即使是年龄比较大的驾驶员,反应时间一般也不会超过2.5s。根据美国各州公路和交通工作者协会建议,对所有车速下确定安全停车距离时,反应时间用2.5s,在路口时,反应时间为2.0s。这里,将反应时间设为1—2.5s,典型车身长度为m,路口宽度设为20—40m,车速为限速60km/h即16.7m/s,则根据式(4.1.23)得到不同反应时间、不同路口宽度下的黄灯闪烁时间,结果见