發(fā)酵過程預(yù)測控制研究.pdf

1、微生物發(fā)酵過程具有高度的非線性和時(shí)變性，其內(nèi)在機(jī)理非常復(fù)雜。一些重要的過程變量不能在線測量，導(dǎo)致發(fā)酵過程的建模和控制更為復(fù)雜。傳統(tǒng)的解析式模型很難用于發(fā)酵過程的優(yōu)化控制。 預(yù)測控制通過在線反復(fù)優(yōu)化和反饋校正進(jìn)行最優(yōu)控制，對(duì)模型要求低，在線計(jì)算方便，對(duì)復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性勝過傳統(tǒng)的最優(yōu)控制。預(yù)測函數(shù)控制(PFC)比傳統(tǒng)的預(yù)測控制更注重控制量的結(jié)構(gòu)，即把控制輸入看作若干選定的基函數(shù)的線性組合，優(yōu)化確定組合的權(quán)值，在線計(jì)算量小。預(yù)測控制在

2、化工、冶金和石油加工等過程取得了成功的應(yīng)用，但在發(fā)酵過程應(yīng)用很少，因此嘗試發(fā)酵過程預(yù)測控制研究很有價(jià)值。 本論文通過對(duì)預(yù)測函數(shù)控制特點(diǎn)的分析，結(jié)合青霉素發(fā)酵過程，研究基于分段線性化的多模型預(yù)測函數(shù)控制和基于BP網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測函數(shù)控制。 將基于分段線性化的多模型預(yù)測函數(shù)控制應(yīng)用于青霉素發(fā)酵過程，在非線性系統(tǒng)的各個(gè)平衡點(diǎn)附近進(jìn)行線性化，建立相應(yīng)的線性化局部模型。針對(duì)各局部模型，分別設(shè)計(jì)預(yù)測函數(shù)控制器，然后利用改進(jìn)的加權(quán)器對(duì)各局部

3、控制器進(jìn)行加權(quán)并求和得到總的控制器。 將基于BP網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測函數(shù)控制應(yīng)用于青霉素發(fā)酵過程。內(nèi)部模型采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)的模型，將先驗(yàn)輸出模型與BP網(wǎng)絡(luò)相串聯(lián)。輸出模型為青霉素產(chǎn)物濃度輸出方程。采用BP網(wǎng)絡(luò)對(duì)過程的非線性動(dòng)力學(xué)特性建模得到產(chǎn)物濃度輸出方程的系數(shù)。根據(jù)青霉素發(fā)酵過程中可在線測量的二氧化碳釋放率(CER)，實(shí)現(xiàn)青霉素發(fā)酵過程產(chǎn)物濃度的預(yù)估。用BP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成預(yù)測函數(shù)控制的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器，討論了該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器的權(quán)值的校正方法。