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《郑州大学》 2010年
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微生物发酵过程的建模与优化控制研究

王巧立  
【摘要】: 微生物发酵工程是生物技术的应用基础,是生物技术产业的核心。 一次成功的发酵同时受到两方面因素的制约:一是生产菌种的遗传特性,二是发酵条件。保证微生物菌种在最适的发酵条件下大量生长并合成代谢产物,才能获得工业规模的最大生产效率。近几十年中,发酵工业发展迅速,规模越来越大,对发酵条件进行优化控制也变得越发重要。 合适的数学模型是进行过程优化和控制的基础和前提条件,本文首先研究了发酵过程的建模,继而对过程的控制与优化进行了研究。 在建模方面,研究了发酵过程的非结构模型和“黑箱”建模。针对发酵过程非结构动力学模型参数众多难以确定的问题,利用量子粒子群优化算法进行参数寻优。通过对发酵过程的分析确定适当的模型结构,利用最小二乘支持向量机对发酵数据进行学习来建立“黑箱”模型。进一步考虑数据间的差异及模型复杂度,将仿射传播聚类引入建模中,先利用聚类算法对数据进行分类,对每一类作支持向量机回归,最后对子模型的输出进行加权融合。在诺西肽发酵过程的建模仿真中,该多模型建模方法具有更好的性能,能很好描述发酵过程的变量关系。 在优化控制方面,首先根据温度和pH值各自的特点,分别设计了模糊-PI、双模和基于误差平面的分区域控制。最后,在前面所建立的“黑箱”模型基础上对过程进行仿真优化,通过量子粒子群算法寻优发酵过程中的操作条件,实现了提高产物浓度的目标。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TQ920.1

【参考文献】
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