一類批式流加和連續(xù)發(fā)酵非線性系統(tǒng)辨識(shí)與控制.pdf

1、博士學(xué)位論文一類批式流加和連續(xù)發(fā)酵非線性系統(tǒng)辨識(shí)與控制IdentificationandControlofNonlinearSysteminAClassofMicrobialFedBatchandContinuousCulture作者姓名：學(xué)科、專業(yè)：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：答辯日期：包巴圖吉力根運(yùn)籌學(xué)與控制論“110001尹洪超教授馮恩民教授大連理工大學(xué)DalianUniversityofTechnology大連理工大學(xué)博士學(xué)位論文摘要本文以

2、微生物發(fā)恃生產(chǎn)l，3丙二醇為背景，研究了批式流加發(fā)酵脈沖系統(tǒng)與自治切換系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題和酶催化批式流加發(fā)酵系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)問題另外對(duì)基因調(diào)控連續(xù)發(fā)酵非線性系統(tǒng)研究了參數(shù)辨識(shí)問題該項(xiàng)研究對(duì)提高1，3丙二醇產(chǎn)量提供參考，并且對(duì)微生物發(fā)酵甘油生產(chǎn)1，3丙二醇過程的胞內(nèi)代謝機(jī)理具有重要的參考價(jià)值，本文工作具有一定的理論意義與應(yīng)用價(jià)值，得到國家自然科學(xué)基金、“973”和“863”等項(xiàng)目的資助本論文研究的內(nèi)容與取得的主要結(jié)果可概括如下：1批式流加發(fā)

3、酵過程中將甘油和堿的流加看作一個(gè)脈沖過程，以甘油的流加體積和流加時(shí)刻作為控制變。j一，以終端時(shí)刻1，3丙二醇的濃度為目標(biāo)函數(shù)，給出了脈沖最優(yōu)控制問題利用懲罰函數(shù)和障礙函數(shù)方法處理連續(xù)狀態(tài)變量約束結(jié)合多群體粒子群優(yōu)化算法和基于梯度的優(yōu)化算法求解脈沖最優(yōu)控制問題數(shù)值結(jié)果表明得到的最優(yōu)流加策略提高產(chǎn)物濃度2考慮批式流加發(fā)酵魯棒脈沖最優(yōu)控制問題以甘油流加體積和流加時(shí)刻為控制變量，以終端時(shí)刻1，3丙二醇的濃度及其關(guān)于不確定系統(tǒng)參數(shù)的靈敏度為目標(biāo)函

4、數(shù)發(fā)酵過程中生物量，甘油和產(chǎn)物濃度限制在一定范圍內(nèi)，最優(yōu)控制問題中帶有狀態(tài)變量連續(xù)約束應(yīng)用伴隨系統(tǒng)方法將魯棒脈沖最優(yōu)控制問題等價(jià)轉(zhuǎn)換為一般形式的脈沖最優(yōu)控制問題結(jié)合粒子群優(yōu)化算法和基于梯度的優(yōu)化算法求解脈沖最優(yōu)控制問題數(shù)值結(jié)果表明模型與算法的有效性3研究了耦合批式流加發(fā)酵自治切換系統(tǒng)的最優(yōu)控制問題以甘油和堿的流加速度比例函數(shù)為控制函數(shù)，建立了自治切換系統(tǒng)最優(yōu)控制問題應(yīng)用靈敏度函數(shù)方法求出目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的梯度，結(jié)合隨機(jī)搜索算法和基于梯

5、度的優(yōu)化算法求解最優(yōu)控制問題數(shù)值結(jié)果表明最優(yōu)流加策略可以控制產(chǎn)物和底物濃度4研究了非線性酶催化批式流加發(fā)酵系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)問題系統(tǒng)狀態(tài)變量包括胞外物質(zhì)濃度和胞內(nèi)物質(zhì)濃度胞外物質(zhì)濃度的模擬數(shù)值結(jié)果可以與實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)比較但是胞內(nèi)物質(zhì)濃度很難有測(cè)量數(shù)據(jù)為了更準(zhǔn)確描述胞內(nèi)物質(zhì)濃度，定義胞內(nèi)物質(zhì)濃度的魯棒性值以胞內(nèi)物質(zhì)魯棒性值和胞外物質(zhì)相對(duì)誤差為目標(biāo)函數(shù)，給出酶催化批式流加系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)問題魯棒性值的計(jì)算過程中會(huì)有大量數(shù)值計(jì)算，給出改進(jìn)的并行遺傳算法