基于分阶段的LSSVM发酵过程建模

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1、硕士学位论文基于分阶段的LSSVM发酵过程建模LSSVMModelingforFermentationProcessBasedonDividingStages学号：21009192完成日期：2013-05-01大连理工大学DaliaIlUniversityofTechnology大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同

2、志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：基五金￡叠塾幽幽筮螫超缱薄篮作者签名：盈盘瘟日期：型丛年—上月L日大连理工大学硕士学位论文摘要微生物发酵过程是一个非线性度和复杂性很高的动态过程，为发酵过程建立精确而又快速的数学模型是研究微生物发酵的重要课题。基于发酵模型可实现被测参量的软测量、系统的优化控制，从而能够监控生产过程，优化发酵工艺，提高发酵工业水平。因此，研究发酵过程建模具有重要的研究意义和实用价值。发酵过程内在机理非常复杂，往往某些发酵产物的发酵动力学基础不清

3、楚，因此建立其机理模型难度很大，一般采用黑箱建模方法为发酵过程建立数据驱动的经验模型。最小二乘支持向量机(LeastSquaresSupportVectorMachine，LSSVM)建模具有预测精度良好、建模速度快和学习能力强等诸多优点，但是利用LSSVM建立发酵过程模型时，我们发现如下问题：1、发酵过程一般有数个阶段，最小二乘支持向量机的全局模型预测精度很难保证，算法复杂；2、由于每个阶段主导变量的值和相关关系的差异性，同一种核函数不能使所有阶段局部模型的样本输入空间到高维特征空间的映射关系和空间构造实现最优化，而学习算法模型限于特定

4、的假设空间，从而导致某些阶段的预测精度偏低。因此本文研究分阶段和最优混合核LSSVM相结合的建模方法。本文首先介绍了最小二乘支持向量机和混合核函数原理；接着研究了分阶段建模方法，介绍了用来划分阶段的FCM聚类算法，列出了基本步骤，并基于青霉素发酵仿真平台Pensim进行了有效性验证；鉴于引入混合核函数的最小二乘支持向量机在建模中具有优良表现，本文接着研究了基于分阶段的混合核函数LSSVM发酵过程建模方法；在此基础上，提出了将分阶段和最优混合核LSSVM回归相结合的建模方法：首先，选择表征阶段特性的辅助变量，利用模糊C均值聚类算法对样本数据

5、聚类，将发酵过程分成不同的阶段，然后利用HGA优化算法为各个阶段分别建立最优混合核LSSVM局部模型，最后将局部模型合成构成过程的完整模型，采用此方法为青霉素发酵过程建立模型，进行了初步有效性验证；最后本文设计了工程菌发酵工艺开发系统，包括数据库设计和界面设计，并基于VS2008和SQLServer2005实现了该系统，在此系统中，将基于分阶段的最优混合核LSSVM发酵过程建模方法应用于重组大肠杆菌外源蛋白表达制备白介素．2发酵过程中，实验结果表明，与其他建模方法相比，本文提出的方法所建模型具有较高的预测精度和较低的时间复杂度，此结果与青

6、霉素发酵建模结果非常相似，表明该方法在不同发酵过程中具有较好的一致性，证明本文所提方法能够建立一个效果优良的发酵模型，对其他工程菌的开发和生产具有重要参考价值。关键词：发酵过程建模；LSSVM；分阶段建模；混合核函数；工程菌发酵基于分阶段的LSSVM发酵过程建模LSSVMModelingforFermentationProcessBasedonDividingStagesAbstractThefermentationprocessisahighlynonlinearandcomplexdynamicprocess．Astherapidgr

7、owthinfermentationindustry．tobuildaaccurateandrapidmathematicalmodelforfermentationprocessisanimportantissuetostudyonmicrobialfermentation．It’SmainlybecauseagoodmathematiCSmodellaysafoundationforthesubsequentSOftmeasurementandoptimizationwork，whichareabletomonitorandoptim

8、izefermentationprocess。andthenpromotetheleveloffermentationindustry．Therefore，theresearchonmodel