
【計】 hybrid computer simulation
混合計算機模拟(Hybrid Computer Simulation)是指将數字計算機與模拟計算機技術相結合的系統仿真方法。這一術語從漢英詞典角度可拆解為:"混合"對應"hybrid"(兼具數字和模拟特性),"計算機"即"computer"(包含數字信號處理器和模拟運算器),"模拟"譯為"simulation"(通過模型複現真實系統行為)。
該技術起源于1960年代美國宇航局(NASA)的航天器控制系統開發,其核心原理在于利用模拟計算機的實時處理優勢處理連續物理量,同時借助數字計算機實現邏輯控制和離散數據處理。典型應用場景包括:核反應堆安全評估(參考《IEEE Transactions on Nuclear Science》)、天氣預報模型運算(見世界氣象組織技術報告WMO-No.1237)、以及現代自動駕駛系統的多物理場仿真(引自Springer《智能交通系統工程》第4章)。
當前技術演進呈現三個趨勢:①異構計算架構集成(基于ACM Computing Surveys的2023年度綜述);②量子-經典混合模拟器的開發(參考《Nature Computational Science》最新論文);③基于數字孿生的工業4.0應用擴展(見國際自動化協會IFAC年度白皮書)。其數學表達可表示為:
$$ begin{cases} dot{x}_a = f_a(x_a,u) & text{(模拟部分)} x_d[k+1] = f_d(x_d[k],x_a) & text{(數字部分)} end{cases} $$
其中$x_a$代表連續狀态變量,$x_d$為離散狀态序列,$u$是系統輸入。
混合計算機模拟是指利用混合式計算機系統(結合數字計算機和模拟計算機的技術)進行仿真或模拟任務的過程。以下從定義、組成、工作原理和應用等方面詳細解釋:
混合計算機是數字計算機與模拟計算機的結合體,通過數模/模數轉換接口實現協同工作。其“模拟”功能體現在兩方面:
混合計算機通常包含三部分:
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