酒精發(fā)酵過程中關(guān)鍵變量的辯識研究.pdf

1、隨著酒精發(fā)酵工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位日趨重要,對酒精發(fā)酵過程的辯識研究已成為該領(lǐng)域的重要課題。由于發(fā)酵過程具有復(fù)雜的非線性、時變性和動態(tài)性,傳統(tǒng)的建模方法不能十分有效地對其進(jìn)行辯識。要保證它正常、高效的運(yùn)行,如何對其建立準(zhǔn)確有效的模型就顯得尤為重要。
　　本文以實(shí)驗(yàn)室的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)平臺為背景,在查閱了大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上,簡述了酒精發(fā)酵過程的工藝流程,采用正交試驗(yàn)對工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際硬件設(shè)備及發(fā)酵實(shí)驗(yàn)要求,應(yīng)用工控機(jī)(

2、實(shí)驗(yàn)室由普通PC機(jī)代替)和SIEMENS PLC構(gòu)成發(fā)酵過程兩級計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了對設(shè)備運(yùn)行的自動控制、過程參數(shù)的采集與監(jiān)視、數(shù)據(jù)的分析與處理等功能。系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況表明整個控制系統(tǒng)滿足整個酒精發(fā)酵實(shí)驗(yàn)過程。
　　酒精發(fā)酵過程中,發(fā)酵液的pH值是非常重要的發(fā)酵參數(shù)之一,既影響細(xì)胞的生長,也影響產(chǎn)物的生成,對pH值進(jìn)行辯識有利于整個發(fā)酵過程的優(yōu)化,從而能有效提高出酒率。酒精發(fā)酵過程是非線性、時變性的動態(tài)過程。一方面,利用常規(guī)

3、辯識方法對pH值進(jìn)行建模無法準(zhǔn)確描述其動態(tài)特性。另一方面,常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值學(xué)習(xí)是梯度下降法,在訓(xùn)練過程易陷入局部極小,并且訓(xùn)練速度慢。針對這些問題,本文通過改進(jìn)的動態(tài)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對pH值進(jìn)行建模研究。通過在動態(tài)遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中引入濾波項(xiàng)來學(xué)習(xí)該遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值,能有效地解決常規(guī)網(wǎng)絡(luò)在權(quán)值學(xué)習(xí)過程中的問題。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該算法在pH值建模中的有效性,并與BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行比較,表明改進(jìn)的動態(tài)遞歸網(wǎng)絡(luò)建模效果要明顯優(yōu)于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。