【摘 要】
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微生物发酵涉及到制药、食品等多个工业领域,与经济发展和人民生活密切相关。高成本和高能耗是微生物发酵生产的特征,为了提高发酵单位,降低生产成本,实现微生物发酵过程的优
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微生物发酵涉及到制药、食品等多个工业领域,与经济发展和人民生活密切相关。高成本和高能耗是微生物发酵生产的特征,为了提高发酵单位,降低生产成本,实现微生物发酵过程的优化控制就成为了一个重要课题。
本文基于发酵过程的机理模型进行优化控制,发酵过程的机理模型反映了发酵过程基本变化规律,根据生物细胞的机理反映、能量守恒等原理建立,在优化过程中,只要符合细胞的生长条件,产物的合成条件,不会出现封顶现象。
本文针对发酵过程机理模型的微分特性,提出了基于模型退火算法的序列二次规划优化算法。主要有以下几个方面的研究成果:
1、通过研究确定性算法和随机性算法的优缺点,提出了基于模拟退火算法的序列二次规划算法(SA-SQP),在开始阶段采用SQP进行局部寻优,然后利用SA进行全局搜索,跳出局部极值。这样获取全局极值点的概率大大增加,并且加快了收敛的速度。
2、在发酵过程的机理模型中,状态变量可以看作控制变量的隐函数,该函数往往难以写出解析表达式,不能直接计算约束条件的梯度。本文利用控制向量参数化(CVP)方法把原最优控制问题离散化,从而把最优控制问题转化为非线性规划问题求解。
3、优化控制软件的开发:利用VC++6.0开发了Windows系统下的发酵过程优化控制软件,通过本文提出的优化控制算法求出控制向量的最优变化曲线,然后按最优曲线控制发酵过程。
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