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微藻自动培养装置控制系统研究

吴垚  
【摘要】:随着社会、经济的不断发展,人们对燃料的需求日益增加,但目前广泛使用的是以煤、石油为代表的化石能源,化石能源的广泛使用会带来诸如温室效应、酸雨等复杂的环境问题。找到替代简单的可再生能源已成为实现可持续发展的关键所在。微藻是单细胞藻类的总称,许多微藻在光能自养过程中,能吸收CO2并积累大量生物油脂,进而可转换为生物柴油。利用微藻生产生物柴油,对缓解人类正面临的温室效应和能源危机都具有积极意义。研制出高效的微藻自动培养装置,已成为微藻工业化扩大生产的关键所在。本文设计实现了微藻自动培养装置,并针对其控制系统进行研究。文章首先分析微藻生产生物柴油的意义与微藻自动培养装置的发展历史与现状,介绍了智能控制算法相关原理及其在微藻自动培养控制中的应用现状;其次本文总结了影响微藻生长的若干关键因素,为微藻自动培养装置设计指明了控制目标与总体设计原则。文章详细介绍了微藻自动培养装置的机械系统设计实现、硬件系统设计实现、软件系统实现。在软件控制系统中,本文重点结合智能控制算法,对微藻自动培养装置的温度控制展开研究,提出了两种新型智能控制算法:模糊-PID预估控制算法与混沌粒子群PID控制算法。文章详细给出了这两种算法的设计思路及实现过程,相关的仿真实验表明,本文提出的算法在稳态精度、调节时间、适应性等方面均优于常规PID控制算法。文章最后给出了实验室微藻自动培养装置进行冷模实验的温度控制结果。本文设计实现的微藻自动培养装置及适用于微藻培养的智能控制算法,对实现微藻的高效自动培养进行了有益的探讨。


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