基于组态王的生物发酵多参数优化控制系统的研究

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1、江苏大学硕士学位论文摘要本课题“基于组态王的生物发酵多参数优化控制系统的研究’’是江苏省工业攻关项目“总线化智能多参数高精度检测及控制仪表的开发及其产业化’’的子项目。生物发酵过程具有高度的非线性和时变性，且内在机理非常复杂，因此，要为微生物的发酵建立准确可靠的动力学模型是相当困难的，另外，在发酵过程中，一些重要的过程变量往往不能在线测得，这些都给发酵的生产控制带来了盲目性。论文以青霉素的发酵过程为研究对象，采用神经网络对发酵过程进行建模，在线预测某些重要生物参数，并以这些生物参数的预测值为指导，使用遗传算法在线优化一些主要的环境参数

2、，并构建了基于组态软件的发酵优化控制系统。主要研究工作包括：①利用某药厂生产青霉素产生的大量样本数据，建立了发酵过程神经网络预估模型，进行菌体浓度、基质糖浓度、产物浓度以及发酵阶段的在线预估，取得了较好的效果。特别是对发酵阶段的预估，它对实际发酵控制的很多方面都有指导作用。②结合所建立的神经网络预估模型，采用遗传算法寻优技术确定发酵过程中补料速率、pH值和溶氧值以及温度等环境参数的最优值，并通过在线跟踪它们的最优值轨迹，进而实现发酵过程的实时优化控制。试验发现该方法可明显提高青霉素产品的生产效率。③构建了基于组态王软件的发酵实时优化控

3、制系统。用组态王编制了系统的上位机监控软件，并连接单片机构成的下位机控制器，上江苏大擎矮士学位论文下位机共同实现发酵过程的实时监控。通过DDE数据交换协议，进行了组态王与Matlab的混合编程，一方面利用Matlab强大的计算能力实现后台基于神经网络和遗传算法的复杂算法，另一方面，组态王能为用户提供友好的操作界面。本课题研究开发的生物发酵优化控制系统，初步应用结果产生的经济效益较为明显：提高了生产效率，降低了能耗，达到优化发酵生产的目的。”关键词：发酵，神经网络，遗传算法，组态王，DDElldiss01vedoxygenConCen们

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6、benefitstheeCollOlnicbyinC陀asingtheproductionaIldreducingⅡ1eenergyCOnSulme．肛y∥D冠Z塔：femlentation，neuraln舐)Irork，geneticalgorithm，KingⅥew，DDEIV独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果#除文中已经注明弓

7、用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意

8、识到本声明的法律绐果由本入承担。学位论文作者签名：嚣期：'口可年l}秀鲁i}习江苏大学硕士学位论文第一章绪论1．1研究背景几千年前，我诵就有发酵酿酒的历史．20世纪早期，发酵工业还仅限于厌氧发酵产品的生产，如乙醇、丙酮、丁醇和酒类等。到20世纪40年代初，抗生素的兴起掀开了发酵工业发展的新阶段——需氧发酵产品首次在美国投入工业化生产。如今，发酵技术已遍布我们生活的每个角落，人们所用的抗生素类药物、氨基酸、有机酸、酶制剂、维生素以及燃烧己酵和酿酒工业都离不开发酵工业。对发酵过程技术的研究也越来越重要，而对发酵参数的测量和控制则成为了发酵

9、过程管理的关键技术。．发酵生产是指在一定的条件下一主要是合适的培养基浓度、温度、PH值、溶解氧浓度、搅拌速率等，对特定微生物菌种进行培养，微生物在生长代谢中产生酶j在这些酶的作用下，某些物质转化为我们所需要的产品。．总结