混合动态系统(Hybrid Dynamic System,HDS),是一类既存在离散动态特性也存在连续动态特性,且这两者之间相互作用相互影响的系统。对混合系统的研究已经不局限于某一学科领域内,控制科学、计算机科学、数学甚至是系统生物学界的研究人员从各自不同的学科背景出发,都遇到了混合系统及其带来的特殊挑战。建立混合系统的数学模型,并在此基础上对混合系统进行仿真研究,在混合动态系统的研究中始终占据着重要的位置。Petri网以其简洁紧凑的图形化表示方法、强大的表达能力、坚实的数学基础等优点,被应用到众多不同的领域中。混合Petri网作为标准Petri网的一种拓展,继承了Petri网的众多优点,已日益成为一种重要的混合系统研究方法。本文首先指出了混合系统的结构特点,给出了混合系统的定义。总结了不同的混合系统建模方法,比较了不同的建模方法的优缺点,以及互相转化的条件。通过实例指出了混合系统带来的特殊现象,以及对混合系统进行仿真需要着重解决的问题。其次,采用混合Petri网的建模与仿真方法来研究一类混合系统。以标准Petri网为基础,详细介绍了混合Petri网的定义、使能和激发条件。指出混合Petri网建模与仿真中存在的特殊的冲突问题,给出了冲突的解决方案。在此基础上,结合混合Petri网的基本演化规则,设计了混合Petri网的仿真算法。基于混合Petri网的仿真算法,结合MATLAB GUI设计了混合Petri网仿真工具。该仿真工具采用模块化的设计思想,支持不同的弧类型以及赋予变迁更加丰富的特性,扩展了混合Petri网的表达能力,具有一定的实用性。最后,讨论混合Petri网在一类典型的混合系统——空中交通管制ATC(Air Traffic Control)系统中的应用。建立了ATC系统中主要关键实体之间的层次混合Petri网模型,对ATC系统中的核心对象航空器的起飞降落的运行轨迹进行了仿真分析。为航空器防碰撞,冲突解脱的研究打下基础。本文研究了混合Petri网在混合系统建模与仿真中的应用,提出了混合Petri网的仿真算法,设计了模块化的易于拓展的混合Petri网仿真工具。将混合Petri网的建模与仿真方法应用到ATC系统中,拓展了混合Petri网的应用领域。