基于仿人智能协调控制的发酵补料控制系统研究

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1、内蒙古科技大学硕士学位论文摘要青霉素发酵过程是一个具有高度非线性、时变性和复杂相关性的生化过程。发酵过程中状态的控制决定了青霉素的产物效率，因此对青霉素发酵过程进行建模与控制研究具有现实意义。由于一些重要的过程变量不能在线测量，使得经典控制方法在生化过程优化控制的应用很难取得好的效果。人工智能技术为生化过程的优化控制提供了全新的方法，它能够绕过生化过程控制中建立数学模型的难点，也能够很好地利用工程师和熟练工人的一些经验，而这些经验是传统数学方法所无法利用的。此外，对于发酵补料系统这类变量间耦合严重的多变量复杂系统，采用

2、常规PID控制无法达到控制目的。本文在分析了大量的国内外文献之后认为仿人智能控制是从分层递阶智能控制系统的最低层次(运行控制级)着手，直接对人的经验、技巧和各种直觉推理逻辑进行测辨、概括和总结，具有简单实用、精度高、鲁棒性强的特点。因此，本文针对青霉素分批补料发酵过程优化控制问题，提出了一种基于仿人智能控制理论的青霉素分批补料发酵过程优化控制策略设计方法。论文以青霉素发酵过程为对象，建立了能够反映发酵过程中比生长速率和pH值变化的动态数学模型，并将仿人智能协调控制和仿人智能模糊控制融入到发酵过程的优化控制中进行仿真，对

3、发酵补料系统实行动态解耦，实现发酵过程控制的智能化处理，达到优化发酵生产的目的。在对发酵过程建模与优化方法研究的基础上，利用组态王支持自制ActiveX控件的特性，本论文使用通过VisualBasic开发算法控件，组态软件调用控件实现上位机管理和控制双重功能的方法，也为先进的控制方法应用到实际生产过程，实现理论与实际的结合提供了参考，具有非常重要的实际意义。关键词：仿人智能协调控制；仿人智能模糊控制；补料控制；组态软件1内蒙古科技大学硕士学位论文AbstractPenicillinfermentationprocess

4、isabiochemicalprocesswithstrongnonlinear，timevaryingandcomplexrelativity.Theefficiencyofpenicillinfermentationisdecidedbythestatesofcontrollinginthefermentationprocess.Thusthestudyaboutthemodelingandcontrollingisofpracticalsignificanceforpenicillinfermentationpr

5、ocess.Theapplicationofthetraditionalcontroltechniquesisdifficulttoacquiregoodresultinthebiotechnologicalprocessoptimizationcontrolbecausesomevitalvariablesofthatprocessaredifficulttomeasure.Theartificialintelligence(AI)isusedtosolvesomeproblemsoftheoptimizationi

6、nthebiotechnologicalprocesses.Anobviousmeritoftheproposedmethodistoincorporatetherichexperienceofexpertsandengineerstotheoptimizationwithoutmodelingthesystemortheprocessinformamathematicalview.Inaddition,itisdifficulttocontroltheMIMOcouplingsystemwithPIDcontroll

7、ers,suchasthefed-batchfermentationsystem.Basedontheanalysisofalargenumbertechnologicaldocuments,weconsiderHumanSimulatedIntelligentController(HSIC)designedaccordingtothelowestlevel(Executionlevel)ofMultilayerHierarchicalIntelligentControl,anditdirectlyidentifies

8、andsummarizestheexperience,skillandreasoninglogicbyintuitionofexperts,soitofthefollowingcharacteristics:simplicityandpracticability,highprecisionandstrongrobustness.T