微生物反應(yīng)過程動力學(xué)建模與擾動控制.pdf

1、碩士學(xué)位論文微生物反應(yīng)過程動力學(xué)建模與擾動控制DynamicModelandPerturbationControlofaMicroorganism’一‘1hReactionrrocess學(xué)21309125完成日期：大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要隨著生物技術(shù)的發(fā)展，微生物反應(yīng)過程在國民經(jīng)濟中的地位也越來越重要。由于微生物反應(yīng)過程機理復(fù)雜，具有非線性、時變性、模型不確定性等特

2、點，對微生物反應(yīng)過程進行建模研究有著重要意義。另一方面，當(dāng)微生物反應(yīng)系統(tǒng)出現(xiàn)較為顯著的隨機干擾或存在某些不確定因素時，經(jīng)典的控制方法很難在反應(yīng)過程控制應(yīng)用中取得良好的效果。因此，探究合適的建模方法和優(yōu)化控制策略，并將其應(yīng)用到微生物反應(yīng)過程具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。本文針對這兩部分做了如下工作：首先，研究了兩類基于單一限制性基質(zhì)的微生物反應(yīng)過程非結(jié)構(gòu)式動力學(xué)模型。第一類，建立了基于狀態(tài)反饋脈沖控制的微生物培養(yǎng)模型，并對該模型進行理論分

3、析。此外，通過對生物量產(chǎn)率的優(yōu)化，得到了最佳的底物控制水平和反應(yīng)器介質(zhì)的去除比例，提高了資源的利用率和生物量產(chǎn)量及質(zhì)量。第二類，建立了基于變結(jié)構(gòu)控制的微生物培養(yǎng)模型。利用Utkin等效控制方法對模型進行定性分析，給出正常平衡態(tài)、虛擬平衡態(tài)、偽平衡態(tài)以及切點的存在條件以及全局穩(wěn)定性。同時利用MATLAB軟件對所建立的模型進行數(shù)值模擬，進而驗證了理論結(jié)果的正確性。其次，為了使微生物反應(yīng)過程處于穩(wěn)定的最佳操作狀態(tài)，同時消除振蕩現(xiàn)象，我們將最優(yōu)