
【计】 hybrid computer simulation
混合计算机模拟(Hybrid Computer Simulation)是指将数字计算机与模拟计算机技术相结合的系统仿真方法。这一术语从汉英词典角度可拆解为:"混合"对应"hybrid"(兼具数字和模拟特性),"计算机"即"computer"(包含数字信号处理器和模拟运算器),"模拟"译为"simulation"(通过模型复现真实系统行为)。
该技术起源于1960年代美国宇航局(NASA)的航天器控制系统开发,其核心原理在于利用模拟计算机的实时处理优势处理连续物理量,同时借助数字计算机实现逻辑控制和离散数据处理。典型应用场景包括:核反应堆安全评估(参考《IEEE Transactions on Nuclear Science》)、天气预报模型运算(见世界气象组织技术报告WMO-No.1237)、以及现代自动驾驶系统的多物理场仿真(引自Springer《智能交通系统工程》第4章)。
当前技术演进呈现三个趋势:①异构计算架构集成(基于ACM Computing Surveys的2023年度综述);②量子-经典混合模拟器的开发(参考《Nature Computational Science》最新论文);③基于数字孪生的工业4.0应用扩展(见国际自动化协会IFAC年度白皮书)。其数学表达可表示为:
$$ begin{cases} dot{x}_a = f_a(x_a,u) & text{(模拟部分)} x_d[k+1] = f_d(x_d[k],x_a) & text{(数字部分)} end{cases} $$
其中$x_a$代表连续状态变量,$x_d$为离散状态序列,$u$是系统输入。
混合计算机模拟是指利用混合式计算机系统(结合数字计算机和模拟计算机的技术)进行仿真或模拟任务的过程。以下从定义、组成、工作原理和应用等方面详细解释:
混合计算机是数字计算机与模拟计算机的结合体,通过数模/模数转换接口实现协同工作。其“模拟”功能体现在两方面:
混合计算机通常包含三部分:
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