本文關(guān)鍵詞：微生物批式流加發(fā)酵非線(xiàn)性切換系統(tǒng)的最優(yōu)控制　出處：《魯東大學(xué)》2016年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

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【摘要】：本文以微生物批式流加發(fā)酵甘油生產(chǎn)1,3-丙二醇(簡(jiǎn)記為1,3-PD)的實(shí)際問(wèn)題為背景,以提高目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量為目標(biāo),研究了非耦聯(lián)批式流加發(fā)酵過(guò)程的非線(xiàn)性切換系統(tǒng)及最優(yōu)控制.該項(xiàng)研究工作不僅擴(kuò)展了最優(yōu)控制理論以及優(yōu)化算法的研究,所得結(jié)果還為實(shí)際的發(fā)酵實(shí)驗(yàn)提供了參考.本文的主要研究工作可概括如下:1、針對(duì)一類(lèi)微生物發(fā)酵生產(chǎn)1,3-PD問(wèn)題,綜合考慮細(xì)胞內(nèi)、外各物質(zhì)濃度的變化,給出了非耦聯(lián)批式流加發(fā)酵非線(xiàn)性切換動(dòng)力系統(tǒng),以甘油和堿的流加速率為控制變量,為使終端時(shí)刻1,3-PD的濃度最大,建立了非耦聯(lián)批式流加發(fā)酵切換最優(yōu)控制模型.應(yīng)用粒子群優(yōu)化算法對(duì)模型進(jìn)行求解,通過(guò)大規(guī)模優(yōu)化計(jì)算獲得了甘油和堿的最優(yōu)流加策略.數(shù)值結(jié)果表明依該流加策略,能夠有效提高終端時(shí)刻1,3-PD的濃度.2、綜合考慮細(xì)胞內(nèi)、外各物質(zhì)濃度的變化,建立了非線(xiàn)性切換系統(tǒng)來(lái)描述非耦聯(lián)批式流加發(fā)酵.以甘油和堿的流加速率,甘油的切換時(shí)刻以及模式序列為控制變量,為使終端時(shí)刻1,3-PD的濃度最大,提出了帶有控制約束和狀態(tài)約束的切換最優(yōu)控制問(wèn)題.為了獲得一個(gè)數(shù)值解,討論了一個(gè)參數(shù)選擇問(wèn)題來(lái)近似原來(lái)的帶有約束的切換最優(yōu)控制問(wèn)題.基于精確罰函數(shù)法,提出了一個(gè)基于梯度的算法.得到的終端時(shí)刻1,3-PD的濃度明顯高于之前的研究結(jié)果,為實(shí)驗(yàn)室研究生產(chǎn)1,3-PD提供重要參考.3、綜合考慮細(xì)胞內(nèi)、外各物質(zhì)濃度的變化,在切換次數(shù)和切換順序預(yù)先不確定的狀態(tài)下,研究了一個(gè)狀態(tài)依賴(lài)的有四種模式切換的非線(xiàn)性切換系統(tǒng).以甘油和堿的流加速率,不同模式之間的切換時(shí)刻以及模式序列為控制變量,為使終端時(shí)刻1,3-PD的濃度最大,提出了帶有控制約束、狀態(tài)約束以及終端約束的切換最優(yōu)控制問(wèn)題.建立了嵌入系統(tǒng),討論了切換最優(yōu)控制問(wèn)題和對(duì)應(yīng)的嵌入系統(tǒng)最優(yōu)控制問(wèn)題的關(guān)系.基于并行原理,構(gòu)造了一個(gè)并行算法.應(yīng)用該算法求得終端時(shí)刻1,3-PD的濃度較之前的研究又有了明顯提高,這不僅證明了該算法的有效性,也為實(shí)際發(fā)酵實(shí)驗(yàn)提供了參考.
【學(xué)位授予單位】：魯東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O232

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1332058