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微生物发酵动力系统的参数辨识与优化

王宗涛  
【摘要】:本文主要根据微生物培养过程的特征及动态行为,建立描述该过程的非线性动力系统及其参变量的辨识模型,论述此类非线性动力系统解的存在性,关于参变量的依赖性及其参量辨识问题的可辨识性。 第1章 绪论,主要介绍研究最优控制与微生物发酵的意义,以及本文将要研究的问题。 第2章 相关知识简介与概述,主要介绍本文将要用到的数学基本定义和定理以及微生物化工的基础知识。 第3章 根据甘油连续发酵转化1,3-PD的实验测得的数据和甘油连续发酵的反应机理,建立描述该过程的非线性动力系统及其参变量的辨识模型,论述此类非线性动力系统解的存在性,关于参变量的依赖性及其参量辨识问题的可辨识性。应用连续发酵机理、变量之间的单调性等,构造求解参量辨识问题的优化算法,研制相应软件,并应用于实际计算。 第4章 以肺炎杆菌间歇发酵使甘油转化成1,3-丙二醇这一过程为研究体系,在以往研究的基础上,针对间歇发酵的特点,建立了简化的间歇发酵模型,依实验数据建立了对该动力系统参数的辨识模型,论述了该非线性系统解的存在性以及参数的可辨识性,用MATLAB优化工具箱对该辨识问题进行求解,结果较好的反应了底物限制条件下的间歇发酵实验,最后以初始底物浓度和菌种浓度为控制变量,以生产强度为性能指标,建立了该非线性系统的最优控制模型,对该模型进行了数值求解,得到的结果对实际发酵生产有着一定的指导意义。


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