基于組態(tài)王的生物發(fā)酵多參數(shù)優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究.pdf

1、本課題“基于組態(tài)王的生物發(fā)酵多參數(shù)優(yōu)化控制系統(tǒng)的研究”是江蘇省工業(yè)攻關(guān)項目“總線化智能多參數(shù)高精度檢測及控制儀表的開發(fā)及其產(chǎn)業(yè)化”的子項目。 生物發(fā)酵過程具有高度的非線性和時變性，且內(nèi)在機(jī)理非常復(fù)雜，因此，要為微生物的發(fā)酵建立準(zhǔn)確可靠的動力學(xué)模型是相當(dāng)困難的，另外，在發(fā)酵過程中，一些重要的過程變量往往不能在線測得，這些都給發(fā)酵的生產(chǎn)控制帶來了盲目性。 論文以青霉素的發(fā)酵過程為研究對象，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對發(fā)酵過程進(jìn)行建模，在線

2、預(yù)測某些重要生物參數(shù)，并以這些生物參數(shù)的預(yù)測值為指導(dǎo)，使用遺傳算法在線優(yōu)化一些主要的環(huán)境參數(shù)，并構(gòu)建了基于組態(tài)軟件的發(fā)酵優(yōu)化控制系統(tǒng)。主要研究工作包括： ①利用某藥廠生產(chǎn)青霉素產(chǎn)生的大量樣本數(shù)據(jù)，建立了發(fā)酵過程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)估模型，進(jìn)行菌體濃度、基質(zhì)糖濃度、產(chǎn)物濃度以及發(fā)酵階段的在線預(yù)估，取得了較好的效果。特別是對發(fā)酵階段的預(yù)估，它對實際發(fā)酵控制的很多方面都有指導(dǎo)作用。 ②結(jié)合所建立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)估模型，采用遺傳算法尋優(yōu)技術(shù)確

3、定發(fā)酵過程中補(bǔ)料速率、pH值和溶氧值以及溫度等環(huán)境參數(shù)的最優(yōu)值，并通過在線跟蹤它們的最優(yōu)值軌跡，進(jìn)而實現(xiàn)發(fā)酵過程的實時優(yōu)化控制。試驗發(fā)現(xiàn)該方法可明顯提高青霉素產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。 ③構(gòu)建了基于組態(tài)王軟件的發(fā)酵實時優(yōu)化控制系統(tǒng)。用組態(tài)王編制了系統(tǒng)的上位機(jī)監(jiān)控軟件，并連接單片機(jī)構(gòu)成的下位機(jī)控制器，上下位機(jī)共同實現(xiàn)發(fā)酵過程的實時監(jiān)控。通過DDE數(shù)據(jù)交換協(xié)議，進(jìn)行了組態(tài)王與Matlab的混合編程，一方面利用Matlab強(qiáng)大的計算能力實現(xiàn)后臺