细胞比生长速率的参数辨识与优化

摘要

本文以甘油为底物、微生物歧化生产1，3-丙二醇(1，3-PD)的含间歇发酵的批式流加过程为背景，根据发酵过程的物理特征和动态行为，建立了描述该过程的非线性脉冲动力系统及其以函数为控制变量的脉冲控制模型，论述了系统的主要性质并构造优化算法求得控制模型的最优解。这些成果，不仅可推动此类非线性脉冲动力系统、最优脉冲控制理论及基底理论的发展与研究，还可以为实现1，3-丙二醇的产业化生产提供理论指导，因此该项研究具有重要的理论参考价值和现实意义。本课题受到国家自然科学基金资助项目“非线性分段光滑动力系统的优化理论与方法”和国家“十五”科技攻关计划项目“发酵工程生产1，3-丙二醇”的资助。 本文所研究的内容与取得的主要结果可概括如下： 1、论述了非线性脉冲微分系统及其最优控制问题，针对批式流加生产1，3-PD的发酵过程，引入描述其物理过程的非线性脉冲动力系统及其辩识模型，并论证了辩识系统解的存在唯一性和解对初值及参数的连续依赖性。 2、以多种细胞比生长速率(μ)的经验公式构成有限维函数空间的基函数，根据最佳逼近原理，在有限维空间中寻找μ的最优表达，依实验数据建立了辨识μ的脉冲控制模型，论述了该模型解的存在性，并结合实验和优化算法求出了辩识模型的最优解。 3、概述了均匀设计法和优化算法的基本原理，结合本论文所研究的实际问题，阐述了均匀设计法在寻求全局最优解方面的优越性和传统Hooke-Jeeves优化算法的不足，并予以改进，数值结果表明，改进后的算法具有更高效的收敛特性且能有效解决局部最优问题，辩识后的模型亦较好的描述了实验的物理进程。

目录

文摘

英文文摘

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1引言

2预备知识

3批式流加生产1，3-丙二醇的非线性脉冲动力系统

4非线性脉冲动力系统的参数辨识

结 论

参考文献

附录A实验相关数据

附录B数值计算c++语言部分源代码

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致 谢