微生物连续发酵非线性动力系统的最优控制

摘要

本文以微生物生产1,3-丙二醇（简记为1,3-PD）为背景，探讨连续发酵的最优控制问题。本研究为大规模生产1,3-PD提供了参考，也有助于最优控制方向的研究。本文的主要研究成果可概况如下： 1.在这个程中，考虑到微生物的增长速率不仅与当前时刻的浓度有关，而且也与之前时刻的浓度有关，因此我们在微生物的浓度变化中加入时滞，建立非线性时滞动力系统，并阐述了相关性质。 2.针对提出的时滞动力系统，把稀释速率和注入反应器底物甘油的浓度作为关于时间t的连续函数，并将该函数作为控制变量，以1,3-PD在终端时刻的产量浓度为目标函数，建立最优控制模型。目的是找到一个最优控制策略，以达到目标函数最优。 3.该问题是一个带有约束的优化问题，为了寻找最优解，首先，我们利用控制转录技术，然后通过控制向量参数化方法，把原来的问题转换为多阶段的近似最优控制问题。 4.在控制向量参数化的基础上，为了找到一个更有效的时间点划分，我们引入基于灵敏度的自适应细化方法。时间划分的区间数量和区间长度都是自适应的，进而找到一个最优的时间网格点划分。另外，为了防止陷入局部最优解，我们把该算法与改进的粒子群算法相结合，从而获得全局最优解。数值结果表明，在最佳策略下，1,3-PD的浓度在终止时刻显著增加，证明了该算法的有效性和价值性。 5.考虑到物质的跨膜运输方式，以及3-HPA对细胞生长的抑制作用，我们用八维动力系统描述连续发酵的反应过程，并建立最优控制模型，我们使用上述优化算法来获得最优控制策略。

目录

第一个书签之前

?a????òa

Abstract

1 D÷??

1.2.2 ?￠éú??·￠?íê±?í?ˉá|?μí3μ??D??×′??

1.3 ±????÷òa1¤×÷

2 ?¤±??aê?

2.2 ?????òá?2?êy?ˉ·?·¨

3 ?￠éú??á?D?·￠?í·???D?ê±?í?ˉá|?μí3μ?×?ó?????

3.2 á?D?·￠?í·???D?ê±?í?ˉá|?μí3

3.3 ×?ó??????￡Dí

3.3.2 ?ü???êìa

3.4 ó??ˉ??·¨

3.4.1 ?????òá?2?êy?ˉ

3.4.2 ?ùóúáé???èμ?×?êêó|???ˉ·?·¨

3.4.3 á￡×óèo??·¨

3.5 êy?μ?á1?

4 á?D?·￠?í?ùóú°??ú???ê?ˉá|?μí3μ?×?ó?????

4.1 ·???D??ˉì??μí3

4.2 ×?ó??????￡Dí

4.3 ó??ˉ??·¨êy?μ?á1?

5 ?á??ó??1í?

2??????×

1￥?á??ê??§???ú??·￠±í?§ê??????é??

??????D?