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一种面向地球系统模式的高效并行计算框架
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作者 王冬 刘壮 黄小猛 《计算机工程与科学》 北大核心 2025年第10期1711-1725,共15页
地球系统模式是理解过去气候与环境演变机理、预估未来全球变化情景的关键工具。然而,计算机技术的快速发展为模式开发带来了编程、移植和优化方面的巨大挑战。面向地球系统模式的自动并行计算框架OpenArray 2.0,通过提供自定义算子接口... 地球系统模式是理解过去气候与环境演变机理、预估未来全球变化情景的关键工具。然而,计算机技术的快速发展为模式开发带来了编程、移植和优化方面的巨大挑战。面向地球系统模式的自动并行计算框架OpenArray 2.0,通过提供自定义算子接口,结合隐式并行、计算流图优化、自动代码生成、即时编译和动态调度I/O等技术,实现了模式开发与计算机底层并行架构的解耦。OpenArray 2.0允许用户使用类似Matlab的串行语法编写模式,而底层可在x86、申威、GPU等多种异构平台上实现并行执行。基于OpenArray 2.0开发的模式在x86平台19200核下,可达到75%的并行效率,运行速度接近手工优化代码;在申威平台百万核环境下,实现了70%的扩展性;在GPU平台上也展现出优异的执行效率。OpenArray 2.0为地球系统模式的发展提供了一种极具潜力的替代工具,有望显著提升模式开发效率和计算性能。 展开更多
关键词 算子 隐式并行 高性能计算 地球系统模式
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基于有限元的地球物理电磁场三维正演仿真软件平台EMSIM
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作者 陈卫营 薛国强 《地球科学与环境学报》 北大核心 2025年第5期857-870,共14页
电磁法是透视地球内部的重要手段,正演仿真模拟在洞悉电磁场响应机制、优化勘探策略以及深化反演处理与解释等方面扮演着不可或缺的关键角色。当前,针对各种电磁场正演算法的研究蓬勃发展,涌现出大量开源程序代码。然而,这些工具往往局... 电磁法是透视地球内部的重要手段,正演仿真模拟在洞悉电磁场响应机制、优化勘探策略以及深化反演处理与解释等方面扮演着不可或缺的关键角色。当前,针对各种电磁场正演算法的研究蓬勃发展,涌现出大量开源程序代码。然而,这些工具往往局限于单一程序层面,尤其在模型构建、网格剖分及后处理显示等核心环节上常需频繁切换至外部软件,增加了操作复杂性与时间成本。为此,开发了一套地球物理电磁场三维正演仿真软件平台EMSIM。该软件基于有限元法实现了三维空间内地球物理电磁场的正演模拟,并具备几何建模、网格剖分、分析求解、可视化显示、数据管理等全流程功能。在软件开发过程中,重点解决了复杂模型建模与剖分、并行计算优化、大规模计算数据高效管理、后处理显示等关键技术难题,显著提升了仿真计算的精度与效率。通过多个案例的对比验证,EMSIM软件在操作性能、计算精度与效率上满足实际应用需求,可作为地球物理电磁学研究的有力工具。 展开更多
关键词 地球物理学 电磁场 三维正演 软件开发 有限元 CAD建模 网格剖分 并行计算
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永磁同步电机并行可切换式模型预测控制研究 被引量:1
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作者 刘涛 赵晴晴 +3 位作者 俞亚伟 习金玉 赵宝山 侯玮杰 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第4期92-97,共6页
传统模型预测控制策略基于固定的控制周期与预测寻优结构,难以实现电机系统的动态-稳态性能综合优化。针对这一问题,提出了一种基于多核并行计算架构的可切换式模型预测控制策略。该方法通过分析两种经典模型预测控制策略在预测寻优过... 传统模型预测控制策略基于固定的控制周期与预测寻优结构,难以实现电机系统的动态-稳态性能综合优化。针对这一问题,提出了一种基于多核并行计算架构的可切换式模型预测控制策略。该方法通过分析两种经典模型预测控制策略在预测寻优过程中的数据依赖关系,构建具有不同控制周期、不同控制策略的微单元,通过设计算法切换策略,实现变结构、变周期控制。在此基础上,为减少切换过程引起的被控量波动,设计了时序优化策略。相关实验结果表明,所提控制策略兼顾了电机系统的动、稳态控制性能,实现了模型预测控制的稳态控制精度、暂态超调量、响应时间的同步优化。 展开更多
关键词 永磁同步电机 模型预测控制策略 变周期控制 多核并行计算
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岩层运动并行计算系统中动力本构模型引入和巷道冲击破裂过程模拟 被引量:1
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作者 王学滨 张钦杰 +5 位作者 潘一山 马立强 李小帅 刘栋 白雪元 陈双印 《煤炭学报》 北大核心 2025年第3期1473-1483,共11页
巷道围岩的动力冲击破坏研究对于巷道冲击地压的机理分析和预防具有重要的理论和实际意义。在微机上模拟巷道冲击时,现有的国外通用商业软件的计算规模小,计算效率低,功能有限。在历时10多年自主开发的岩层运动GPU并行计算系统StrataKin... 巷道围岩的动力冲击破坏研究对于巷道冲击地压的机理分析和预防具有重要的理论和实际意义。在微机上模拟巷道冲击时,现有的国外通用商业软件的计算规模小,计算效率低,功能有限。在历时10多年自主开发的岩层运动GPU并行计算系统StrataKing中,发展了动力模拟功能,通过岩样的单轴压缩动力实验验证了该方法的正确性。具体而言,以适于较宽应变率范围的朱-王-唐动力本构模型取代静力本构模型,即广义胡克定律,以提高系统的适用性;以动态黏聚力取代摩尔-库仑准则中的静态黏聚力,以考虑岩石的动力强度特性;以黏性阻尼取代局部自适应阻尼,以克服其在模拟动力学问题时的局限性。通过在巷道围岩模型上表面施加冲击速度,考察了不同应变率条件下巷道围岩模型的失稳规律。当应变率低时,巷道围岩的失稳呈间歇性,这是因为巷道围岩的强度较低,存储的应变能较少,失稳易于发生,也易于停止,但不足以为剧烈的大失稳提供足够的动能;当应变率高时,巷道两帮的开裂区发展较快,这是由于开裂区扩展所需要的能量能得到及时供给,巷道围岩的失稳具有持续性,只有当围岩储存的应变能较高时才能失稳,一旦失稳,则难以停止,这将造成严重的动力灾害。为未来支护条件下巷道抗冲击研究奠定了良好的技术基础。 展开更多
关键词 巷道冲击地压 动力本构模型 黏性阻尼 并行计算 连续-非连续方法
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面向天河新一代超算系统的大规模精确对角化方法
5
作者 李彪 刘杰 王庆林 《计算机研究与发展》 北大核心 2025年第6期1347-1362,共16页
精确对角化(exact diagonalization)方法是一种在量子物理、凝聚态物理等领域广泛应用的数值计算方法,是最直接求得量子系统基态的数值方法.仅从哈密顿矩阵的对称性出发,利用无矩阵(matrix-free)方法、分层通信模型以及适配于MT-3000的... 精确对角化(exact diagonalization)方法是一种在量子物理、凝聚态物理等领域广泛应用的数值计算方法,是最直接求得量子系统基态的数值方法.仅从哈密顿矩阵的对称性出发,利用无矩阵(matrix-free)方法、分层通信模型以及适配于MT-3000的数据级并行算法,提出了面向天河新一代超算系统上的超大稀疏哈密顿矩阵向量乘异构并行算法,可以实现基于一维Hubbard模型的大规模精确对角化.提出的并行算法在天河新一代超算系统上进行了测试,其中在1400亿维度矩阵规模上,8192进程相比256进程强扩展效率为55.27%,而弱扩展到7300亿维度矩阵规模上,13740个进程相比64进程的弱扩展效率保持在51.25%以上. 展开更多
关键词 精确对角化 HUBBARD模型 异构并行计算 MT-3000处理器 量子多体系统
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平行安全管理及其模型研究
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作者 王渊洁 王秉 +1 位作者 史志勇 陈嘉鑫 《中国安全科学学报》 北大核心 2025年第3期45-51,共7页
为丰富安全管理理论,创新安全管理范式,基于平行系统理论与安全管理理论,开展平行安全管理研究。首先从平行系统理论出发,结合现代安全管理学知识,探讨平行安全管理的概念,并提出平行安全管理概念模型;然后构建并解析平行安全管理模型;... 为丰富安全管理理论,创新安全管理范式,基于平行系统理论与安全管理理论,开展平行安全管理研究。首先从平行系统理论出发,结合现代安全管理学知识,探讨平行安全管理的概念,并提出平行安全管理概念模型;然后构建并解析平行安全管理模型;最后以城市安全为例,应用分析平行安全管理模型。结果表明:平行安全管理是一种通过实现人工安全系统和现实安全系统之间的虚实互动,进而达到解决复杂安全问题、有效实施安全方案和高效培训人员等多重目标的安全管理新范式,其模型具有突破现实条件制约、灵活性和可扩展性、高性能分布式计算、冗余性与容错性、模拟预测与持续改进和任务调度与负载均衡等特点,可为城市安全管理等复杂系统安全管理提供模式参考。 展开更多
关键词 平行安全管理 安全管理模型 平行系统理论 人工安全系统 计算实验 平行执行
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Pipe-RLHF:计算模式感知的RLHF并行加速框架
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作者 徐颖 王梦迪 +4 位作者 程龙 刘炼 赵世新 张磊 王颖 《计算机研究与发展》 北大核心 2025年第6期1513-1529,共17页
基于人类反馈的强化学习(reinforcement learning with human feedback,RLHF)作为当前大语言模型(large language models,LLMs)对齐的主流方法,其核心优化算法——近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)却面临着显著的效率问... 基于人类反馈的强化学习(reinforcement learning with human feedback,RLHF)作为当前大语言模型(large language models,LLMs)对齐的主流方法,其核心优化算法——近端策略优化(proximal policy optimization,PPO)却面临着显著的效率问题.PPO由生成、推理、训练3个相互关联的阶段组成,各个阶段有着不同的计算特性.然而,现有的RLHF并行框架采用相同并行策略顺序执行PPO的所有阶段,这导致以下2个问题:其一,生成阶段不能充分利用计算资源,进而影响整体效率;其二,阶段间严格串行执行,未能充分利用潜在并行性.针对上述问题,提出了一个新型RLHF并行框架——Pipe-RLHF.该框架能够自适应地根据各阶段的计算特征确定最优并行策略,突破现有阶段串行范式,采用异步PPO算法发掘阶段间的并行性.具体而言,创新性地提出了适用于PPO生成阶段的延迟批间流水线并行方法,显著提升了该阶段的计算资源利用率;再次,使用异步PPO解放阶段间的依赖关系,将阶段间并行应用到PPO的加速上;最后,针对PPO算法的整体优化,构建了分层并行策略空间,并提出了一套优化算法以实现该空间中的最优解搜索.通过在多个大语言模型上的性能评估实验表明,相较于现有方法,Pipe-RLHF最高可实现3.7倍的加速比,充分验证了该框架的有效性和优越性. 展开更多
关键词 基于人类反馈的强化学习 近端策略优化 大模型微调 分布式系统 并行计算
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基于并行球形译码算法的PMSM多步预测控制
8
作者 刘涛 娄瀚文 +1 位作者 李跃华 李博 《组合机床与自动化加工技术》 北大核心 2025年第4期102-106,共5页
模型预测控制在近几十年成为永磁同步电机控制领域的研究热点,其中多步预测算法相比传统的单步预测算法,具有更优的动稳态性能。但其寻优过程复杂且计算量大,限制了其在电机驱动领域的应用。为此,针对永磁同步电机驱动系统进行研究,提... 模型预测控制在近几十年成为永磁同步电机控制领域的研究热点,其中多步预测算法相比传统的单步预测算法,具有更优的动稳态性能。但其寻优过程复杂且计算量大,限制了其在电机驱动领域的应用。为此,针对永磁同步电机驱动系统进行研究,提出了一种基于并行球形译码算法的多步预测控制策略。相比于传统的多步预测,所提控制策略将多步预测过程转化为最小二乘问题,采用并行球形译码寻优策略实现多个分支同时探索。在此基础上,设计了基于FPGA的并行计算方法,有效优化了寻优效率。实验结果表明,所提策略大大减少了多步预测算法的计算时间,进而实现更高的预测步数,有效降低了永磁同步电机的电流谐波失真与转矩脉动。 展开更多
关键词 永磁同步电机 多步预测控制 并行球形译码算法 并行计算
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基于复模态分析与并行遗传算法的车辆动力参数识别
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作者 施剑锋 丁勇 +2 位作者 沈伯衡 韩凌霞 谢旭 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第7期42-51,共10页
获取准确的车辆动力参数是车桥耦合振动分析与桥梁健康监测的前提,为此,提出了一种基于复模态分析与多核并行遗传算法的车辆动力参数快速识别方法。首先,改进了复模态理论结合有限元方法获取车辆自振频率、阻尼比、模态振型的算法;然后... 获取准确的车辆动力参数是车桥耦合振动分析与桥梁健康监测的前提,为此,提出了一种基于复模态分析与多核并行遗传算法的车辆动力参数快速识别方法。首先,改进了复模态理论结合有限元方法获取车辆自振频率、阻尼比、模态振型的算法;然后,提出了车辆动力参数识别的多核并行遗传算法,采用多目标适应度评价,以快速、准确地识别车辆刚度、阻尼、转动惯量;最后,采用车轮跌落振动实验和环境激励峰值法实测车辆的模态,获取用于适应度评价的自振频率、阻尼比和振型。通过对轻型汽车、重型卡车的动力参数进行识别进行验证,结果表明:用识别的车辆动力参数计算得到的车辆振动模态,与实测振动模态吻合,其中前3阶固有频率的最大误差为0.8%、阻尼比最大误差为1.3%,计算与实测振型向量之间的夹角余弦接近1;车辆的分析模型有必要增加车体的扭转阻尼,以准确反映实际车辆的扭转振动特性;多核并行算法大大加速了识别过程。16核心CPU在15核心并行时的加速比达到最大值12.5,在复杂车辆的多目标、多参数识别中,采用多核并行算法是非常有效的。 展开更多
关键词 车桥耦合振动 车辆有限元模型 复模态分析 动力参数识别 多核并行计算 遗传算法
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CN-SWE2D模型构建及门头沟小流域暴雨山洪模拟研究
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作者 吴婧 阚光远 +3 位作者 马建明 何胜男 杜龙刚 张煜萨 《中国水利水电科学研究院学报(中英文)》 北大核心 2025年第5期515-527,共13页
为了提升暴雨山洪数值模拟的精度与性能,本文将基于径流曲线数方法的水文产流计算模块(SCS-CN)与基于GPU加速的二维水动力汇流计算模块(SWE2D)相耦合,构建了水文水动力耦合模型(CN-SWE2D)。将CN-SWE2D模型应用于“23.7”特大洪水北京市... 为了提升暴雨山洪数值模拟的精度与性能,本文将基于径流曲线数方法的水文产流计算模块(SCS-CN)与基于GPU加速的二维水动力汇流计算模块(SWE2D)相耦合,构建了水文水动力耦合模型(CN-SWE2D)。将CN-SWE2D模型应用于“23.7”特大洪水北京市门头沟小流域暴雨山洪数值模拟,模拟结果显示,灾害淹没面积达1.31 km^(2),占流域面积的6.25%。洪泛区沿河岸分布,淹没水深大于2 m的严重淹没面积约为0.02 km^(2)。本次洪灾径流系数0.69,出口流量峰值404 m^(3)/s,超过50年一遇设计洪水标准。计算结果与观测数据的进一步比对表明,门头沟小流域遭遇了严重的洪水灾害。本文提出的CN-SWE2D模型实现了从降雨产流到洪水淹没的全过程高性能精细化数值模拟,模拟结果提供了丰富的水力要素信息,模拟结果不仅能够有效反映实际的洪水过程,还能为防洪减灾工作提供有力的技术支撑。 展开更多
关键词 “23.7”特大洪水 小流域暴雨山洪 SCS-CN 二维水动力学模型 GPU并行计算 水文水动力耦合模型
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质子交换膜燃料电池仿真模型并行计算与优化
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作者 刘克 郝亮 +2 位作者 耿珺 陈洵 陆维 《上海交通大学学报》 北大核心 2025年第11期1754-1762,共9页
为实现质子交换膜燃料电池与电堆的高效和高精度仿真,基于Fluent求解器开发一套三维耦合一维的混合维度仿真程序,深入分析Fluent内置的global summations宏PRF_GRSUM对燃料电池仿真程序并行求解效率的影响,并基于混合维度模型的数据耦... 为实现质子交换膜燃料电池与电堆的高效和高精度仿真,基于Fluent求解器开发一套三维耦合一维的混合维度仿真程序,深入分析Fluent内置的global summations宏PRF_GRSUM对燃料电池仿真程序并行求解效率的影响,并基于混合维度模型的数据耦合特性,提出数据压缩同步法和数据筛选标记法两种新的并行策略.另外,详细阐述了3种数据交换方法的原理和流程,并通过简化模型测试其对程序求解效率的影响,结果表明采用数据筛选标记法相比PRF_GRSUM宏方法,计算包含百节电池的燃料电池堆的加速比达到112.5倍. 展开更多
关键词 质子交换膜燃料电池 并行计算 混合维度模型 数据筛选标记法
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A framework for equipment systems-of-systems effectiveness evaluation using parallel experiments approach 被引量:8
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作者 Zilong Cheng Li Fan Yulin Zhang 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2015年第2期292-300,共9页
Equipment systems-of-systems (SOS) effectiveness evaluation can provide important reference for construction and optimization of the equipment SoS. After discussing the basic theory and methods of parallel experimen... Equipment systems-of-systems (SOS) effectiveness evaluation can provide important reference for construction and optimization of the equipment SoS. After discussing the basic theory and methods of parallel experiments, we depict an SoS effectiveness analysis and evaluation method using parallel expe- riments theory in detail. A case study is carried out which takes the missile defense system as an example. An artificial system of the missile defense system is constructed with the multi-agent modeling method. Then, single factor, multiple factors and defense position deployment computational experiments are carried out and evaluated with the statistical analysis method. Experiment re- sults show that the altitude of the secondary interception missile is not the key factor which affects SoS effectiveness and putting the defense position ahead will increase defense effectiveness. The case study demonstrates the feasibility of the proposed method. 展开更多
关键词 agent based modeling parallel experiments computational experiments missile defense system effectiveness evaluation
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Study on High-Performance Computing for Simulation of End Milling Force
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作者 ZHANG Zhi-hai, ZHENG Li, LI Zhi-zhong, LIU Da-cheng, ZHAN G Bo-peng (Department of Industry Engineering, Tsinghua University, Beijing 1000 84, China) 《厦门大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2002年第S1期183-184,共2页
Milling Process Simulation is one of the important re search areas in manufacturing science. For the purpose of improving the prec ision of simulation and extending its usability, numerical algorithm is more and more ... Milling Process Simulation is one of the important re search areas in manufacturing science. For the purpose of improving the prec ision of simulation and extending its usability, numerical algorithm is more and more used in the milling modeling areas. But simulative efficiency is decreasin g with increase of its complexity. As a result, application of the method is lim ited. Aimed at above question, high-efficient algorithm for milling process sim ulation is studied. It is important for milling process simulation’s applicatio n. Parallel computing is widely used to solve the large-scale computation question s. Its advantages include system flexibility, robust, high-efficient computing capability and high ratio of performance to price. With the development of compu ter network, utilizing the computing resource in the Internet, a virtual computi ng environment with powerful computing capability can be consisted by microc omputers, and the difficulty of building hardware environment which is used to s upport parallel computing is reduced. How to use network technology and parallel algorithm to improve simulative effic iency for milling forces simulation is investigated in the paper. In order to pr edict milling forces, a simplified local milling forces model is used in the pap er. End milling cutter is assumed to be divided by r number of differential elem ents along the axial direction of the cutter. For a given time, the total cuttin g forces can be obtained by summarizing the resultant cutting force produced by each differential cutter disc. Divide the whole simulative time into some segmen ts, send these program’s segments to microcomputers in the Internet and obtain the result of the program’s segments, all of the result of program’s segments a re composed the final result. For implementing the algorithm, a distributed Parallel computing framework is de signed in the paper. In the framework, web server plays a role of controller. Us ing Java RMI(remote method interface), the computing processes in computing serv er are called by web server. There are lots of control processes in web server a nd control the computing servers. The codes of simulative algorithm can be dynam ic sent to the computing servers, and milling forces at the different time are c omputed through utilizing the local computer’s resource. The results that are ca lculated by every computing servers are sent to the web server, and composed the final result. The framework can be used by different simulative algorithm. Comp ared with the algorithm running single machine, the efficiency of provided algor ithm is higher than that of single machine. 展开更多
关键词 end-milling force model SIMULATION high-perfo rmance computing parallel algorithm Java RMI
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电大山区地物环境中电波传播的电磁计算 被引量:1
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作者 王楠 刘俊志 +2 位作者 陈贵齐 赵延安 张玉 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期21-28,共8页
在无人驾驶与无人机等新兴行业中,信号覆盖范围的要求较高,不仅仅在城市,在人迹罕至的山地、沙漠、森林中也需要无线信号的覆盖才能真正完成远程操控,这些地区更多需要考虑的是地势变化对电磁传播所带来的影响。计算电磁学中的一致性几... 在无人驾驶与无人机等新兴行业中,信号覆盖范围的要求较高,不仅仅在城市,在人迹罕至的山地、沙漠、森林中也需要无线信号的覆盖才能真正完成远程操控,这些地区更多需要考虑的是地势变化对电磁传播所带来的影响。计算电磁学中的一致性几何绕射理论方法是分析电大环境电磁问题的有效方法,使用计算电磁学的方法研究电磁波在山区地物环境中的传播规律。给出了一种建立不规则地形模型的新方法,可以通过数字高程的网格数据生成电磁算法可用的三次多项式曲面,使用多个立方曲面对不规则地形进行拼接,使用平均均方根误差验证模型数据的准确性。基于所得的地形数据,完成了并行的几何光学算法,并对区域电磁场的分布进行了仿真计算。选取了实际山区地物环境进行了实地测量,测量结果与仿真结果对比趋势一致,验证了该方法在非规则地形中电磁波传播分析中的有效性。考虑环境电磁计算的规模,建立了相应的并行策略,100核测试的并行效率可以保持在80%以上。 展开更多
关键词 电大山区地物环境 电波传播 数字高程 分形建模 几何光学 并行计算
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Simulation Modeling by Fuzzy Nets
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作者 Xingui, He 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 1993年第4期25-31,共7页
Fuzzy technology is a newly developed discipline based on fuzzy mathematics. In the recent years, it has been successfully applied into many areas, such as process control, diagnosis, evaluation, decision making and s... Fuzzy technology is a newly developed discipline based on fuzzy mathematics. In the recent years, it has been successfully applied into many areas, such as process control, diagnosis, evaluation, decision making and scheduling, especially in simulation where accurate mathematical models can not or very hard be established. In this paper, to meet the demands of fuzzy simulation, two fuzzy nets will first be presented, which are quite suitable for modeling the parallel or concurrent systems with fuzzy behavior. Then, a concept of active simulation will be introduced, in which the simulation model not only can show its fuzzy behavior, but also has a certain ability which can actively perform many very useful actions, such as automatic warning, realtime monitoring, simulation result checking, simulation model self-adapting, error recovery, simulating path tracing, system states inspecting and exception handling, by a unified approach while some specified events occur. The simulation model described by this powerful simulation modeling tool is concurrently driven by a network interpreter and an event monitor that all can be implemented by software or hardware. Besides, some interesting applications are given in the paper. 展开更多
关键词 computer hardware computer software Decision theory Fuzzy sets Mathematical models MONITORING parallel processing systems Petri nets Process control Random processes SCHEDULING
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基于GPU加速的分布式水文模型并行计算性能 被引量:3
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作者 庞超 周祖昊 +4 位作者 刘佳嘉 石天宇 杜崇 王坤 于新哲 《南水北调与水利科技(中英文)》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期33-38,共6页
针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题,引入基于GPU的并行计算技术,实现分布式水文模型WEP-L(water and energy transfer processes in large river basins)产流过程的并行化。选择鄱阳... 针对具有物理机制的分布式水文模型对大流域、长序列模拟计算时间长、模拟速度慢的问题,引入基于GPU的并行计算技术,实现分布式水文模型WEP-L(water and energy transfer processes in large river basins)产流过程的并行化。选择鄱阳湖流域为实验区,采用计算能力为8.6的NVIDIA RTX A4000对算法性能进行测试。研究表明:提出的基于GPU的分布式水文模型并行算法具有良好的加速效果,当线程总数越接近划分的子流域个数(计算任务量)时,并行性能越好,在实验流域WEP-L模型子流域单元为8712个时,加速比最大达到2.5左右;随着计算任务量的增加,加速比逐渐增大,当实验流域WEP-L模型子流域单元增加到24897个时,加速比能达到3.5,表明GPU并行算法在大尺度流域分布式水文模型计算中具有良好的发展潜力。 展开更多
关键词 基于GPU的并行算法 物理机制 分布式水文模型 WEP-L模型 计算性能
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新型省级电网电磁暂态实时仿真建模方法 被引量:4
17
作者 赵朗程 陈卓 +3 位作者 郝正航 吴钦木 李本鑫 燕嚎 《电网与清洁能源》 CSCD 北大核心 2024年第8期46-55,73,共11页
为了解决大规模省级电网电磁暂态仿真效率低下的问题,研究了一种适用于省级电网的电磁暂态实时仿真建模方法。分析了大电网电磁暂态建模难点,通过子系统建模和任务优化方法建立了省级电网模型,对各子网内部进行功率调节,实现了首次功率... 为了解决大规模省级电网电磁暂态仿真效率低下的问题,研究了一种适用于省级电网的电磁暂态实时仿真建模方法。分析了大电网电磁暂态建模难点,通过子系统建模和任务优化方法建立了省级电网模型,对各子网内部进行功率调节,实现了首次功率平衡;基于输电线路模型法原理完成了各子网之间输电线接口的联络,在预设平衡点的基础上,通过在线调节潮流的方法使得所建模型运行在合理平衡点上。为验证该方法的有效性,基于自主研发的实时仿真器(universal real-time experimental platform,UREP-300)对某新型省级电网进行实时仿真。仿真结果表明,所提方法能提高仿真效率,扩大了系统的仿真规模,减小了实时仿真机的计算负担,可为各类大规模系统的仿真与建模提供一种参考。 展开更多
关键词 电磁暂态实时仿真 新型省级电网 功率平衡 模型分割 多核并行计算
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面向国产超算平台的通用能源管网仿真计算模型 被引量:1
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作者 韩璞 商建东 +3 位作者 薛飞 谢景明 王洪生 王海 《计算机应用研究》 CSCD 北大核心 2024年第3期866-872,共7页
为实现城市能源管网仿真软件的自主可控,基于国产异构高性能计算机“嵩山”超级计算平台,提出一种通用的城市能源管网仿真计算模型。通过优化管网中“非管”组件模型,提高了计算模型对国产异构并行计算机系统的适配性;将不同管网组件的... 为实现城市能源管网仿真软件的自主可控,基于国产异构高性能计算机“嵩山”超级计算平台,提出一种通用的城市能源管网仿真计算模型。通过优化管网中“非管”组件模型,提高了计算模型对国产异构并行计算机系统的适配性;将不同管网组件的计算过程进行封装,弱化了网络组件在仿真计算过程的依赖性,提升模型在工程实现上的可并行性。供水、燃气和热力三种场景的并行仿真实验,证明了计算模型在解决城市能源供给网络的仿真计算上具有一定的普适性;通过管网实测数据与仿真模型中模拟数据对比结果表明仿真管网压力的误差率在4%以下,其温度的误差率低于2%,同时也说明了提出的管网仿真计算模型在国产超算平台上具有良好的计算通用性。 展开更多
关键词 异构计算 能源管网 仿真模型 流体网络 并行计算
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超燃冲压发动机一维模型的GPU并行加速研究 被引量:1
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作者 温思歆 苏承毅 +3 位作者 王东杰 孟万植 聂聆聪 孙希明 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第10期247-256,共10页
发动机模型是控制计划优化、基于模型的控制和观测器设计等技术的基础,对控制系统的性能具有重要影响。然而,超燃冲压发动机一维模型由于依赖计算流体力学的网格计算,其计算量巨大,难以在机载控制器内实时运行。为解决这一问题,本文深... 发动机模型是控制计划优化、基于模型的控制和观测器设计等技术的基础,对控制系统的性能具有重要影响。然而,超燃冲压发动机一维模型由于依赖计算流体力学的网格计算,其计算量巨大,难以在机载控制器内实时运行。为解决这一问题,本文深入研究基于图形处理器(Graphics Processing Unit,GPU)的并行计算技术,探索了网格解耦与划分、串/并异构设计、内存优化、代码优化、编译指令优化、硬件模式优化等方法,综合设计了一个高效的中央处理器(Central Processing Unit,CPU)+GPU异构模型,并在基于虚拟路径交叉连接(Virtual Path Cross-Connect,VPX)总线的嵌入式控制器上进行验证。为充分验证所设计异构模型的有效性、高效性与实时性,本文依次开展基线测试、软硬件优化加速测试、并行计算测试,在测试中对比一维模型在CPU,单核GPU,多核GPU上的计算耗时与数据误差。最后根据数据、曲线、监控工具等方式,展示了所设计的异构模型在不损失模型精度的前提下,加速超过了6.7倍,运行时间均不超过25 ms,符合工程预期的实时性要求,具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 超燃冲压发动机 并行计算 一维模型 嵌入式控制器 优化加速
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基于UREP的有源中压配电网电磁暂态建模方法
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作者 李本鑫 陈卓 +4 位作者 徐玉韬 郝正航 吴钦木 李亚辉 赵朗程 《南方电网技术》 CSCD 北大核心 2024年第10期86-94,共9页
在能源转型的影响日益扩大的背景下,高比例的可再生能源和电力电子设备的接入给新型电力系统的研究带来了难题,传统电力系统开始朝着电网、电源、负荷与储能的综合动态平衡改变。因此,新型电力系统的模型仿真需要进行更加精确、快速的... 在能源转型的影响日益扩大的背景下,高比例的可再生能源和电力电子设备的接入给新型电力系统的研究带来了难题,传统电力系统开始朝着电网、电源、负荷与储能的综合动态平衡改变。因此,新型电力系统的模型仿真需要进行更加精确、快速的动态模拟来验证。而大规模的新型电力系统电磁暂态仿真目前缺乏高效的仿真方案及有效的仿真工具,基于国产实时仿真器UREP、以中压配电网的Simulink模型为例提出了“全拓扑、全电磁暂态、全配置”概念,运用理想变压器模型(ideal transformer model,ITM)将系统模型进行降阶处理,采取多核并行计算技术进行分核处理,仿真结果显示所提建模方法不仅提高了新型电力系统模型的仿真精确度,还极大地缩短了模型仿真时间,从而验证了大规模新型电力系统仿真的可行性。 展开更多
关键词 有源中压配电网 ITM模型分割 UREP-300 多核并行计算
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