【摘要】：本文以微生物(肺炎克雷伯氏菌)進(jìn)行甘油歧化生產(chǎn)1,3-丙二醇(簡(jiǎn)記1,3-PD)的間歇發(fā)酵過(guò)程作為背景展開(kāi)研究,考慮了一種酶催化非線性時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)及相應(yīng)的最優(yōu)控制模型,并得出了最優(yōu)的控制參數(shù)解.這項(xiàng)研究結(jié)果,一方面有利于對(duì)最優(yōu)控制的理論與優(yōu)化算法和時(shí)滯微分方程的研究；另一方面為實(shí)現(xiàn)1,3-PD的大規(guī)模生產(chǎn)提供一些理論參考.本論文的主要內(nèi)容概括如下：1.在微生物間歇發(fā)酵的動(dòng)力學(xué)模型的基礎(chǔ)上,本論文在甘油和1,3-PD的跨膜運(yùn)輸方式都是主被動(dòng)運(yùn)輸相結(jié)合的假設(shè)下,在生物量的濃度中加入時(shí)滯,建立了相應(yīng)的酶催化非線性時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng).并利用常微分方程和最優(yōu)控制的有關(guān)理論討論了該系統(tǒng)解的一些基本性質(zhì),包括解的存在唯一性、一致有界性以及解的連續(xù)性.2.針對(duì)所研究的非線性時(shí)滯系統(tǒng),以1,3-PD的終點(diǎn)時(shí)刻的生產(chǎn)強(qiáng)度作為性能指標(biāo),以甘油、微生物的初始濃度以及終端時(shí)刻為控制參數(shù),構(gòu)建了描述該時(shí)滯系統(tǒng)的最優(yōu)控制模型,并證明了最優(yōu)控制的存在性.3.為了尋求最優(yōu)控制模型的最優(yōu)解,我們利用控制轉(zhuǎn)錄技術(shù)和連續(xù)狀態(tài)處理技術(shù),建構(gòu)了一種改進(jìn)的Nelder-Mead算法,并求出了最優(yōu)解.最優(yōu)的數(shù)值結(jié)果顯示,最優(yōu)控制下1,3-PD在終端時(shí)刻的產(chǎn)率能夠被顯著提高,這為1,3-PD的間歇發(fā)酵過(guò)程的最優(yōu)控制提供了一定的理論指導(dǎo).
[Abstract]:In this paper, the microbial (Klebsiella pneumoniae) was used to produce 1,3-propanediol (1,3-propanediol) by glycerin disproportion as the background of the batch fermentation of 1,3-propanediol. An enzyme-catalyzed nonlinear time-delay dynamical system and its corresponding optimal control model are considered, and the optimal control parameter solution is obtained. The results of this study are beneficial to the study of optimal control theory and optimization algorithm and delay differential equation on the one hand, and on the other hand, provide some theoretical reference for the realization of large-scale production of 1,3-PD. The main contents of this paper are summarized as follows: 1. On the basis of the kinetic model of microbial batch fermentation, under the assumption that glycerol and the transmembrane transport mode of 1,3-PD are the combination of active and passive transport, time delay is added to the concentration of biomass, and the transmembrane transport mode of glycerol and 1,3-PD is the combination of active and passive transport. The corresponding enzyme-catalyzed nonlinear time-delay dynamical system was established. Some basic properties of the solution of the system, including the existence and uniqueness of the solution, the uniformly boundedness and the continuity of the solution, are discussed by using the theory of ordinary differential equation and optimal control. For the studied nonlinear time-delay system, the optimal control model is constructed to describe the time-delay system, taking the production intensity at the end point of 1,3-PD as the performance index, the initial concentration of glycerol, microorganism and terminal time as the control parameters, and the optimal control model for the time-delay system is constructed. The existence of optimal control is proved. 3. In order to find the optimal solution of the optimal control model, an improved Nelder-Mead algorithm is constructed by using the control transcription technique and the continuous state processing technique, and the optimal solution is obtained. The optimal numerical results show that the yield of 3-PD at the terminal time can be significantly improved under the optimal control, which provides some theoretical guidance for the optimal control of the batch fermentation process of 1-3-PD.
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O232

【共引文獻(xiàn)】

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2 高彩霞;王宗濤;馮恩民;修志龍;;間歇發(fā)酵過(guò)程的非線性動(dòng)力系統(tǒng)辨識(shí)及最優(yōu)控制[A];中國(guó)運(yùn)籌學(xué)會(huì)第七屆學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集（下卷）[C];2004年

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6 白雪峰;;PTT聚合單體——1,3-丙二醇的生產(chǎn)方法[A];中國(guó)化工學(xué)會(huì)2003年石油化工學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2003年

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本文編號(hào)：2438397