基于ARM9的生物發(fā)酵過(guò)程數(shù)字控制系統(tǒng)研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物發(fā)酵擁有廣闊的發(fā)展前景。近年來(lái)，生物發(fā)酵技術(shù)和發(fā)酵裝置作為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)，已得到了人們的廣泛關(guān)注。發(fā)酵過(guò)程本身復(fù)雜，控制難度很大。同時(shí)隨著生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)過(guò)程控制的精度要求也越來(lái)越高。因此，開(kāi)發(fā)適用于工業(yè)級(jí)的生物發(fā)酵控制系統(tǒng)，減少生產(chǎn)成本，增加產(chǎn)量，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文根據(jù)生物發(fā)酵的流程特點(diǎn)和當(dāng)今國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的切實(shí)需要，在總結(jié)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)非線性、時(shí)變、大滯后

2、的發(fā)酵過(guò)程，將先進(jìn)的控制技術(shù)應(yīng)用到生物發(fā)酵控制系統(tǒng)中。生物發(fā)酵過(guò)程中，發(fā)酵液的溫度、溶解氧濃度、補(bǔ)料量是非常重要的參數(shù)，既影響細(xì)胞的生長(zhǎng)也影響產(chǎn)物的形成。對(duì)于不同發(fā)酵對(duì)象及不同容量的發(fā)酵罐，溫度的變化比較大，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的通用性，應(yīng)用模糊PID算法對(duì)溫度進(jìn)行控制。對(duì)于生物發(fā)酵過(guò)程，精確的溶解氧濃度和補(bǔ)料控制的數(shù)學(xué)模型很難建立，傳統(tǒng)的控制方法很難在溶氧控制系統(tǒng)和補(bǔ)料控制系統(tǒng)中達(dá)到好的效果，引入模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制，將模糊控制理論的邏輯推理技術(shù)

3、和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力有機(jī)結(jié)合起來(lái)。并將改進(jìn)的模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于青霉素發(fā)酵過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)溶氧和補(bǔ)料系統(tǒng)的優(yōu)化控制。
　　 系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)上采用ARM9微處理S3C2410A作為主控制器，提高了系統(tǒng)的運(yùn)行速度和數(shù)據(jù)處理能力，并根據(jù)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計(jì)了硬件模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程監(jiān)控。為滿足生物發(fā)酵過(guò)程監(jiān)控的實(shí)時(shí)性和處理復(fù)雜多任務(wù)的需要，構(gòu)建嵌入式Linux軟件平臺(tái)，并在這個(gè)平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)生物發(fā)酵參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和控制。在系統(tǒng)中嵌入In

4、ternet，通過(guò)Internet在Windows環(huán)境下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。在客戶機(jī)的Windows環(huán)境下搭建Java開(kāi)發(fā)環(huán)境，利用Java Applet技術(shù)訪問(wèn)SQL數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
　　 本文的工作重點(diǎn)包括：主要參數(shù)測(cè)量與控制、補(bǔ)料控制、系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)、嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)以及通信設(shè)計(jì)。本發(fā)酵過(guò)程數(shù)字控制系統(tǒng)對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、優(yōu)化操作，不僅能避免人工操作的不確定因素，提高自動(dòng)化水平，而且能夠?qū)Πl(fā)酵過(guò)程