生物发酵控制系统仿真及操作优化

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1、上海交通大学硕士学位论文生物发酵控制系统仿真及操作优化摘要随着生物工程的不断发展和人民生活水平的提高，生物发酵出现了广阔的发展前景。近年来，生物发酵技术和发酵装置作为生物技术产业化的基础，已引起人们的广泛关注。而发酵过程本身比较复杂，因此控制难度较大。同时随着生产技术的进步，对过程控制的精度要求也越来越高。因此，开发适用于工业级的生物发酵控制系统，减少生产成本，增加产量，提高产品的质量，具有重要的现实意义。本文介绍的技术，就是通过将自动化中仿真技术与生物技术相结合，借助于Matlab设计应用软件（Simu

2、fer）。实现生物发酵控制系统仿真及操作优化。根据物料平衡关系关系，将生物发酵系统划分为三个类型。根据实际生产数据、求取生物发酵过程的稳态和动态数学模型。以微分方程的形式模型保存在软件系统的M文件中以备调用。对所建立的生物发酵系统模型进行过程仿真。运用ODE函数通过求解常微分方程的方法，求出生物发酵系统的状态变量的随时间的变化。或者运用Simulink根据生物发酵系统模型，建立配置S-function，对系统仿真。运用求解非线性最小二乘法的方法，对生物发酵系统参数进行识别。根据实际的生产需要，将操作优化问

3、题转变为求解性能指标产率I上海交通大学硕士学位论文Jmax对应于不同模型参数的数学表达式。针对不同的模型，利用仿真函数求出产率取得J的变化规律，以及它与对应系统参数的关系。得到性能指标J最大时的系统参数。实现操作优化。最终生成的应用软件可以广泛地运用于工业生产。关键词：Matlab；生物发酵；数学模型；仿真优化II上海交通大学硕士学位论文SIMULATIONANDOPTIMIZATIONFORFERMENTATIONCONTROLSYSTEMABSTRACTWiththedevelopmentofbiol

4、ogyindustryaswellastheimprovingoflifestandard,foregroundofbiologyfermentationwillbemuchwider.Inrecentyears,peopleispayingmoreandmoreattentiontothefoundationofbiologytechnicalindustry,thebiologyfermentationtechnologyandfermentationequipments.Howevertheferm

5、entationprocessisverycomplex,anddifficulttocontrol.Andalongwiththedemandforgrowingproduce,thedemandforthepresisionofprocesscontrolisbecomingevenhigher.Thusitisveryimportanttodesignafermentationprocesscontrolsystem,soastoincreaseproduceefficiencyandreducei

6、ndustrycost.Thisthesispresents,combiningbiotechnologyandautomatizationandbasedonMatlab,thedesignanddevelopmentofsoftwareapplication,soastofindthereliableanddynamicmathematicsmodel,simulatetheprogressoffermentation,thustofindtheconditionforthehighestIII上海交

7、通大学硕士学位论文productivity.Accordingtothebalanceofmaterial,wedividethefermentationsystemintothreekinds.Modelingthembydifferentialeguation,andsaveintheM-file.Simulatetheprogressoffermentationbasedonthemodels.Useode-functionstosolvethedifferentialeguation.Thenpr

8、esentthestatevariables.UseSimulinktosimulatemodels.Intheendidentifyparametersbylsqnonlinfunctions.Accordingtothedemandofproduce,transformtheoperationoptimizationintomathematicsexpressionJmax.Presenttherelationshipbe