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大城市中,快速路作为城市路网的主要骨架以及城市快速交通发展的主体,承担了大部分的交通任务,并以快速、高效、便捷、安全的特点满足城市交通发展的需求。但是,随着城市的发展以及交通需求的增长,快速路车辆的迟滞、拥堵现象不断增加,快速路原有的“快速”的特点正慢慢消失,其主要原因在于快速路出口及由辅路交叉口发生的拥堵现象难以缓解。因此,如何提升城市快速路车辆的通行状况,减少快速路出口拥堵及辅路交叉口的拥堵发生,已成为一个迫切需要解决的难题。目前对城市快速路系统的研究主要侧重于对快速路的主路进行控制或入口匝道控制等,对出口匝道控制以及主路、辅路之间的协调控制研究相对较少。基于此,本课题着重研究了城市快速路出口匝道与辅路及下游交叉口协调控制问题,此种路口交通形式在北京、上海、广州等大城市较为多见,且相关的研究较少。另一方面,由于城市道路交通控制往往呈现出典型的混杂特性,现有的基于连续系统建模或离散系统建模的方法均难以满足混杂控制的要求,因此,从混杂控制建模和控制方法上的创新研究有待深入。因此,本文基于混合逻辑动态MLD(Mixed Logic Dynamic)的建模方法,利用模型预测控制方法对城市快速路出口与辅路下游交叉口、相邻十字交叉口的信号协调控制进行了深入研究。主要研究内容如下：(1)针对城市快速路出口与辅路交叉口信号协调控制中需保证出口匝道排队长度较小这一特殊问题,基于车道路段当量排队长度模型建立状态方程,分别选取出口匝道、辅路和下游交叉口排队长度为连续状态变量,信号灯切换信号为离散控制变量,建立快速路出口匝道与辅路及下游交叉口信号协调控制的混合逻辑动态MLD模型,并建立相邻交叉口的MLD模型。(2)利用HYSDEL (Hybrid System Description Language)语言对路口的混合逻辑动态模型进行编辑分析,得到模型的HYSDEL程序。在MATLAB中,通过HYSDEL编辑器,将模型程序编译为混杂计算模型,并进行模型可行性验证。(3)以相邻交叉口的信号协调控制MLD模型为研究对象,分别采用模型预测控制中的混合整数二次规划(MIQP)和混合整数线性规划(MILP)两种控制算法进行优化控制,并进行MATLAB仿真,仿真结果显示MILP算法的优化控制效果优于MIQP算法。(4)以快速路出口匝道与辅路及下游交叉口信号协调控制MLD模型为研究对象,采用MILP优化控制算法研究了进而比较研究了出口匝道有无信号灯控两种不同情况下的模型预测控制效果,仿真结果显示该方法能够很好对MLD模型进行优化控制。本文的研究成果对于提高城市快速路出口的控制效果、提升通行能力、探索交通信号控制新方法具有重要的理论和工程借鉴意义。