軟膠囊滴丸制藥生產(chǎn)過程的建模與優(yōu)化控制研究.pdf

1、本論文以軟膠囊滴丸制藥生產(chǎn)工藝過程為研究對象，以提高軟膠囊滴丸產(chǎn)品合格率和質(zhì)量穩(wěn)定性為研究目標(biāo)，基于智能控制、數(shù)據(jù)驅(qū)動建模與智能優(yōu)化算法對該過程進(jìn)行建模與優(yōu)化控制研究。主要工作如下： 首先，對軟膠囊滴丸制藥生產(chǎn)工藝過程進(jìn)行了系統(tǒng)分析：軟膠囊滴丸過程包含了多個子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)本身也各具特點(diǎn)，如明膠溶液生成過程子系統(tǒng)包含多個環(huán)節(jié)，期間會發(fā)生復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，具有明顯的非線性，中間控制變量較多，是一個十分復(fù)雜的工業(yè)過程；明膠溫度子

2、系統(tǒng)、石蠟油液位子系統(tǒng)和脈沖壓力子系統(tǒng)中則存在不同程度的非線性、參數(shù)時變性和純滯后等問題。在此基礎(chǔ)上，針對該過程中存在的問題和各子系統(tǒng)的不同特點(diǎn)，設(shè)計相應(yīng)的控制策略，以期達(dá)到較好的控制效果。 接下來，對明膠溶液生成過程子系統(tǒng)進(jìn)行了研究，提出一種多階段逆模型建模方法，控制明膠溶液生成過程工藝參數(shù)。明膠溶液生成過程包含多個階段，整體建模方法往往將其簡化為一個階段，不考慮大量的中間變量和參數(shù)。本研究采用多階段建模方法，能夠克服整體建模

3、方法的缺點(diǎn)并提高模型精度；同時采用逆模型方法，可以根據(jù)膠液質(zhì)量指標(biāo)的要求來確定控制變量的設(shè)定值，方便操作和控制。 然后，分別對明膠溫度子系統(tǒng)、石蠟油液位子系統(tǒng)、脈沖壓力子系統(tǒng)進(jìn)行建模和控制研究，分別建立了各子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型；將模糊控制、自適應(yīng)控制、PID控制以及基于模式識別的智能控制方法相結(jié)合，設(shè)計出混合型模糊PID(Fuzzy-PID)、模型參考模糊自適應(yīng)PID(MRFA- PID)、基于模式識別的自適應(yīng)控制(PR-PID)三

4、種新型智能控制策略，并分別應(yīng)用于上述子系統(tǒng)，解決該過程中的非線性、參數(shù)時變性和純滯后等問題，在保證控制系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)精度的同時，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，減少超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間，提高控制系統(tǒng)的魯棒性。 本文研究的最終目標(biāo)是提高軟膠囊滴丸產(chǎn)品合格率和質(zhì)量穩(wěn)定性。需要對影響軟膠囊滴丸的關(guān)鍵工藝參數(shù)，包括各子系統(tǒng)的設(shè)定值進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。因此，在完成對各子系統(tǒng)的建模和優(yōu)化控制的基礎(chǔ)上，對軟膠囊滴丸過程產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行建模和優(yōu)化研究。首先詳細(xì)分析了軟膠囊滴丸

5、生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的性能要求和影響產(chǎn)品生產(chǎn)過程質(zhì)量的因素，給出軟膠囊滴丸產(chǎn)品的二級層次結(jié)構(gòu)質(zhì)量指標(biāo)體系和操作變量；軟膠囊滴丸生產(chǎn)過程中，面向產(chǎn)品質(zhì)量的建模由于變量眾多，關(guān)系復(fù)雜，統(tǒng)計建模和機(jī)理建模均無法取得理想效果，因此本文以軟膠囊滴丸制劑過程工藝參數(shù)膠液黏度、膠液溫度、石蠟油溫度等為輸入，以圓整度、拖尾情況、完好率和膠絲情況等產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)為輸出，采用最小二乘支持向量回歸機(jī)等基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的智能建模方法建立較高精度的軟膠囊滴丸產(chǎn)品質(zhì)量模型。

6、 在此基礎(chǔ)上，本文用層次分析法(AHP)確定各二級指標(biāo)的權(quán)重，然后，基于微粒群(PSO)算法求解以提高軟膠囊滴丸成品率為最終目標(biāo)的多目標(biāo)優(yōu)化問題，對模型輸入?yún)?shù)空間進(jìn)行尋優(yōu)，確定成品率最高時所對應(yīng)的工藝參數(shù)標(biāo)稱值，對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)化控制。經(jīng)生產(chǎn)試制，利用優(yōu)化后的工藝參數(shù)值進(jìn)行離線指導(dǎo)能使該制劑過程的成品率提高約2.7個百分點(diǎn)，表明利用LSSVM與PSO算法對軟膠囊滴丸制劑過程進(jìn)行建模與優(yōu)化是合理的，為軟膠囊制劑過程的優(yōu)化提供了一