一类生化过程的优化及控制方法研究

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1、大连理工大学博士学位论文一类生化过程的优化及控制方法研究姓名：徐恭贤申请学位级别：博士专业：运筹学与控制论指导教师：邵诚20080504一类生化过程的优化及控制方法研究仅保证了系统对模型的参数变化具有鲁棒稳定性，而且使系统具有很好的鲁棒跟踪性能，从而说明了所设计H。控制器的有效性。(4)为实现生化过程的在线稳态优化控制，基于增广的系统优化与参数估计集成方法(IntegratedSystemOptimizationandParameterEstimation，ISOPE)，提出了一种可用于生化过程在对象／模型不匹配和输入约束下稳态优化控制的在线迭代优化策略。为了避免要事先选

2、择一个合适罚系数的困难，在算法中引入了目标函数的线性化形式，并在迭代过程中不断对罚系数值进行修正，加速了优化算法的收敛速度。此外，还对所提算法在有量测噪声、可测扰动和不可测扰动影响情况下的性能进行了讨论。仿真结果表明，本文算法具有快速的在线寻优能力。(5)为了刻化真实生化过程的非线性本质特性，通常可用一个具有幂函数结构形式的非线性函数来近似稳态模型。本文提出了一种在对数空间求解生化过程稳态优化控制问题的改进的系统优化与参数估计集成方法(ISOPEN2)。首先，通过对数变换将原问题化为一个等价的而且可在对数空间求解的新的优化控制问题；然后，通过对目标函数和约束函数的线性化将

3、原问题进一步转化为二次规划问题，避免了在确定罚系数前要求解一个非凸优化问题的困难。应用简单的滤波技术改善了算法在有量测噪声情况下的性能。仿真结果表明，所提出的优化算法无论在收敛速度、还是在计算时间上都要优于传统的ISOPE算法。关键词：生化过程；S一系统；间接优化方法；H。控制；稳态优化控制大连理工大学博士学位论文ResearchonOptimizationandControlApproachesforaClassofBiochemicalProcessesAbstractWiththerapiddevelopmentofbioengineeringtechnology，

4、biotechnologyindustryisplayingamoreandmoreimportantroleinnationaleconomy．Butitisdifficulttooptimizeandcontrolabiochemicalprocessduetoitsinherentnonlinearity，timevariation，uncertaintyandSOon．Thus，itisnecessarytodevelopandestablishthosecontrolandoptimizationtechniquesthataresuitableforthisc

5、lassofsystems．111iswillhelptoenhancetheproductionrateoftargetproductsandconversionrateofrawmaterials．Hence，thewholeproductionlevelofabiochemicalprocesscanbeimproved．Inthisdissertationseveraloptimizationandcontrolapproachesforaclassofbiochemicalprocessesarestudiedandappliedtosomerealplants

6、，especiallyintryptophanbiosynthesisandbio—dissimilationprocessofglycerolto1．3-propanedioi．Theattainedresultscannotonlyrealizetheoptimumoperationandprocesscontrolofbiochemicalsystems，butalsohaveimportantacademicmeaningandapplyingvalueintheresearchonnonlinearoptimizationandcontrolalgorithms

7、．Themaincontributionsandobtainedresultsaresummarizedasfollows：(1)Toachievethesteady—stateoptimizationoftryptophanbiosynthesisinEscherichiacoli,asteady-stateoptimizationmodelthatmaximizestheaccumulativetermaccountingforbothconsumptionandsecretionisestablishedbyusinga