【摘要】：隨著全球能源短缺問(wèn)題的日益加重和受到石油價(jià)格不斷攀升的影響,生物基化學(xué)品的生產(chǎn)逐漸引起人們的重視.微生物發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇由于具有條件溫和、易于操作、副產(chǎn)物少、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的廣泛關(guān)注.本論文以微生物發(fā)酵法生產(chǎn)1,3-丙二醇的實(shí)際過(guò)程為研究背景,以非線性動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制理論及常微分方程的數(shù)值計(jì)算方法為工具,對(duì)多維微生物發(fā)酵酶催化的非線性動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了研究.本論文的工作不僅可以豐富非線性動(dòng)力系統(tǒng)穩(wěn)定性的理論,而且還可以為實(shí)現(xiàn)1,3-丙二醇的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供參考,因此該項(xiàng)研究具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值.本論文的主要工作概括如下:1.在綜合考慮了3-羥基丙醛對(duì)于細(xì)胞增長(zhǎng)的抑制作用、甘油和1,3-丙二醇跨越細(xì)胞膜的運(yùn)輸方式、以及所有可能代謝路徑的前提下,研究了一個(gè)非線性不可微微生物連續(xù)發(fā)酵動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性.首先,證明了該系統(tǒng)平衡點(diǎn)的存在性,采用數(shù)值方法求得了該平衡點(diǎn);然后由于系統(tǒng)的不可微性,在平衡點(diǎn)附近構(gòu)造了一個(gè)可微的有效域,并在該有效域內(nèi)證明了系統(tǒng)的Jacobian矩陣和三階張量的局部有界性,給出了該三階張量的表達(dá)式;最后構(gòu)造了該非線性動(dòng)力系統(tǒng)的一個(gè)近似線性系統(tǒng),證明了該線性近似系統(tǒng)的局部穩(wěn)定性,從而得到了非線性動(dòng)力系統(tǒng)是漸近穩(wěn)定的.2.針對(duì)一個(gè)不具有平衡點(diǎn)的非線性微生物間歇發(fā)酵多階段動(dòng)力系統(tǒng),研究了該系統(tǒng)的強(qiáng)穩(wěn)定性.該動(dòng)力系統(tǒng)針對(duì)間歇發(fā)酵過(guò)程分為發(fā)育期,生長(zhǎng)期和穩(wěn)定期三個(gè)階段,由于該系統(tǒng)無(wú)法求得解析解,因此構(gòu)造了針對(duì)非線性系統(tǒng)不同階段解的齊次線性變分系統(tǒng)和相應(yīng)的基本矩陣解,證明了基本矩陣解的性質(zhì)及這個(gè)非線性多階段動(dòng)力系統(tǒng)的強(qiáng)穩(wěn)定性.3.討論了一個(gè)非線性微生物間歇發(fā)酵酶催化時(shí)滯動(dòng)力系統(tǒng)的強(qiáng)穩(wěn)定性.首先,由于該系統(tǒng)無(wú)平衡點(diǎn),也無(wú)法求得其解析解,所以構(gòu)造了與該時(shí)滯非線性動(dòng)力系統(tǒng)的解相對(duì)應(yīng)的時(shí)滯非齊次線性變分系統(tǒng)及其基本矩陣解.然后,根據(jù)該時(shí)滯線性變分系統(tǒng)的非齊次性和時(shí)滯性,在各個(gè)時(shí)滯子區(qū)間上分別討論了時(shí)滯變分系統(tǒng)的基本矩陣解的性質(zhì),并證明了基本矩陣解的有界性.最后,證明了該時(shí)滯非線性動(dòng)力系統(tǒng)的強(qiáng)穩(wěn)定性.
【圖文】：

邐ｔ（ｈ）邐ｔ（ｈ）逡逑圖４．１在ｘｊ初始狀態(tài)下，數(shù)值結(jié)果＋邋％△＃）．逡逑３邋邐邐邐邐邐邐邐邋４５０邋ｒ－邐邐邐邐邐邐邐邋３００邋邐邐邐邐邐邐邐逡逑２．５邐■邐１邐＼邐一邋２５０逡逑ｉ邐／邐ｔ３５０邐＼邐＾邐／逡逑＾邐Ｉ邐｜．３００邐＼邐｜邐／逡逑１邐／邐１邋２５０邐＼邐Ｓ＇００邐／逡逑ｃ１５邐／邐ｉ邋２００邐＼邐Ｓ１５０邐／逡逑Ｉ邐／邋Ｉ－邋＼邋Ｉ邋／逡逑ＩＩ邐／邋Ｉ－邋＼邋ｒ邋／逡逑Ｖ邐Ｉ：邋ｖ：－７邐■逡逑0邋，／逡逑０邋邋邋邋邋邋邋邋邋－５０邋邋邋邋邋邋邋邋０邋＾邋邋邋邋邋邋邋逡逑０邐２邐４邐６邐８邐０邐２邐４邐６邐８邐０２４６８逡逑ｔ（ｈ）邐ｔ（ｈ）邐ｔ（ｈ）逡逑圖４．２在：＾初始狀態(tài)下，數(shù)值結(jié)果；ｒ（ｆ，＋邋７１厶４）．逡逑４．５數(shù)值模擬逡逑在本節(jié)中，我們將懫用歐拉方法對(duì)系統(tǒng)（４．〗）進(jìn)行求解，給定４組初始狀態(tài)逡逑ｘｌ邋＝邋（０．１０２，４１８．２６０９，０，０，０，０，０，０）ｒ，逡逑ｘｌ邋＝邋（０．２０２５，４４１．３３７，０，０，０，０，０，，０）ｒ，逡逑ｘｌ邋＝邋（０．１７３，４０２．９３４８，０，邋０，邋０，邋０，０，０）ｒ，逡逑ｘ４０邋＝邋（０．２２４５，邋５０９．８９１３，邋０，０，０，０，０，０）ｒ．逡逑則４組初始狀態(tài)對(duì)應(yīng)的數(shù)值結(jié)果如圖４．１－４．４所示．逡逑Ｔ邋＝（乃
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：O241.81;TQ923;TQ920.1

【參考文獻(xiàn)】

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1 沈邦玉;劉重陽(yáng);葉劍雄;馮恩民;;微生物連續(xù)發(fā)酵系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)與優(yōu)化算法[J];大連理工大學(xué)學(xué)報(bào);2012年01期

2 張譽(yù)鐸;張玉娟;馮恩民;;微生物連續(xù)發(fā)酵酶催化動(dòng)力系統(tǒng)的魯棒性與并行計(jì)算[J];生物數(shù)學(xué)學(xué)報(bào);2011年03期

3 李曉芳;馮恩民;連涵生;;連續(xù)時(shí)滯對(duì)微生物連續(xù)培養(yǎng)過(guò)程振蕩行為影響[J];大連理工大學(xué)學(xué)報(bào);2011年02期

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5 高彩霞;王宗濤;馮恩民;修志龍;;微生物間歇發(fā)酵生產(chǎn)1,3-丙二醇過(guò)程辨識(shí)與優(yōu)化[J];大連理工大學(xué)學(xué)報(bào);2006年05期

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本文編號(hào)：2636147