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一类间歇生产过程仿真器的设计与开发

齐晓宇  
【摘要】:间歇生产过程是现代工业生产的重要生产方式,其应用范围十分广泛,可涉及到精细化工、食品和制药等多种工业领域。近年来,对间歇生产过程的监测已引起了越来越多研究者的关注,但所提出的新理论与新方法很难在实际生产中进行检验和验证,所以设计间歇过程监测仿真器对于间歇生产过程监测理论与应用具有重要意义。 在间歇生产过程中,有一类涉及到发酵过程,如酒类、醋、泡菜以及各种奶制品等的生产过程都属于发酵反应过程,本文以青霉素发酵过程为代表,通过对青霉素发酵过程的深入了解和分析,以计算机仿真技术为基础,研究并设计一类间歇生产过程仿真器。 在系统设计中,以发酵动力学为基础,建立了可以反映实际生产过程的仿真系统数学模型。该模型中包括菌体生长、产物合成、基质消耗和溶解氧浓度四个子模型,其中发酵过程中的影响因素有温度、空气流量、电机转速、补料速度和补料浓度等,实验结果表明建立的模型能较好的反映青霉素发酵过程。 仿真系统选用了具有强大数值分析和图形显示功能特点的MATLAB和具有友好人机交互界面特点的VC++混合编程,其中使用MATLAB运算发酵模型中的微分方程,使用VC++设计仿真系统界面。在仿真系统中,通过引入故障信号,模拟青霉素发酵过程所出现的异常状态,在系统中还扩展了可引入的故障类型,并对引入故障产生的仿真数据和曲线进行详细的分析和对比。通过对青霉素发酵过程的仿真,可利用青霉素发酵仿真中采集的数据来比较各种故障检测和诊断方法的有效性,从而对生化反应过程进行预测,对生产或实验进行指导,为工控领域的研究人员提供一个切实有效的仿真研究平台。


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