【摘要】：發(fā)酵過(guò)程是生物領(lǐng)域最具潛力的分支,生物發(fā)酵技術(shù)在現(xiàn)代食品、醫(yī)藥等高附加值加工業(yè)中所發(fā)揮的作用越來(lái)越大,在未來(lái)幾年內(nèi),生物發(fā)酵將成為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。但技術(shù)的發(fā)展是一把雙刃劍,發(fā)酵技術(shù)的快速發(fā)展在為我們的生產(chǎn)生活帶來(lái)顯著改觀的同時(shí),其存在的諸多安全性問(wèn)題也逐一凸顯,這迫使人們對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的安全性和可靠性越來(lái)越重視。因此,為了提高發(fā)酵過(guò)程的安全性和可維護(hù)性,同時(shí)提高產(chǎn)物質(zhì)量,急切地需要對(duì)發(fā)酵過(guò)程進(jìn)行故障監(jiān)測(cè),做到及時(shí)捕捉發(fā)酵過(guò)程中各檢測(cè)變量的變化,將異常情況反饋給操作人員,做出合理處置,保障發(fā)酵過(guò)程的持續(xù)穩(wěn)定安全運(yùn)行。本課題深入分析發(fā)酵過(guò)程的多階段特性和動(dòng)態(tài)特性,并針對(duì)傳統(tǒng)方法用于過(guò)程監(jiān)測(cè)時(shí)的缺陷,旨在研究一種發(fā)酵過(guò)程故障監(jiān)測(cè)新方法,降低監(jiān)測(cè)的誤報(bào)警率和漏報(bào)警率。(1)實(shí)現(xiàn)基于仿射傳播聚類的批次加權(quán)階段軟化分針對(duì)發(fā)酵過(guò)程的多階段和慢時(shí)變特性,深入分析穩(wěn)定階段和過(guò)渡過(guò)程關(guān)系,在當(dāng)前仿射傳播(Affinity Propagation,AP)以單批次實(shí)現(xiàn)階段硬劃分基礎(chǔ)上,對(duì)多批次數(shù)據(jù)進(jìn)行反距離加權(quán)(Inverse Distance Weighted,IDW)融合,避免使用單批次劃分階段不能代表整個(gè)過(guò)程階段特性的缺陷,實(shí)現(xiàn)過(guò)渡階段的合理劃分。(2)研究基于信息傳遞的采樣點(diǎn)階段歸屬判斷研究故障監(jiān)測(cè)時(shí)新時(shí)刻采樣點(diǎn)的最佳模型選擇問(wèn)題,引入信息度傳遞實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采樣點(diǎn)的階段歸屬判斷,解決階段不等長(zhǎng)批次的最佳模型選擇問(wèn)題,做到新時(shí)刻采樣點(diǎn)能落入對(duì)應(yīng)的實(shí)際操作階段,從而選取相對(duì)應(yīng)階段的監(jiān)測(cè)模型實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)樣本點(diǎn)的監(jiān)測(cè)。(3)提出子階段自回歸主元分析發(fā)酵過(guò)程故障監(jiān)測(cè)方法將單變量過(guò)程的時(shí)序分析方法拓展到多變量情形,區(qū)別具有強(qiáng)動(dòng)態(tài)性的過(guò)渡階段及平穩(wěn)的穩(wěn)定階段,對(duì)其分別建立自回歸主元分析(Auto Regression-Principal Component Analysis,AR-PCA)模型以及多向主元分析(Multiway Principal Component Analysis,MPCA)模型以消除過(guò)渡階段的動(dòng)態(tài)性,有效降低過(guò)程監(jiān)測(cè)的誤報(bào)和漏報(bào)。(4)大腸桿菌發(fā)酵現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究將課題研究?jī)?nèi)容應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程,借助于大腸桿菌發(fā)酵實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)所研究方法的合理性及有效性。結(jié)果表明,課題所提方法較傳統(tǒng)方法可有效降低故障的漏報(bào)和誤報(bào),有著更加可靠的監(jiān)測(cè)性能,可以很好地指導(dǎo)操作人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效排除故障。
【圖文】：

酵過(guò)程的優(yōu)化以及發(fā)酵產(chǎn)物質(zhì)量的改進(jìn)提供必要的輔助和指不僅有重要的理論意義，而且有著廣闊的工業(yè)應(yīng)用前景，是未定生產(chǎn)的重要研究方向。建立完善且經(jīng)過(guò)生產(chǎn)驗(yàn)證的發(fā)酵過(guò)程，必將極大推動(dòng)整個(gè)發(fā)酵工業(yè)的長(zhǎng)足發(fā)展。過(guò)程簡(jiǎn)介及特征分析過(guò)程簡(jiǎn)介有時(shí)也會(huì)寫(xiě)作“慺酵”，其定義依使用場(chǎng)合的不同而有所差別指人們利用微生物在有氧或者無(wú)氧環(huán)境下，于特定設(shè)備中通過(guò)件來(lái)生產(chǎn)制備生物體本身、直接代謝產(chǎn)物或次級(jí)代謝產(chǎn)物的前，人類很早就已經(jīng)開(kāi)始接觸發(fā)酵這一類的生化反應(yīng)，如圖利用發(fā)酵方式制作食用面包的過(guò)程。現(xiàn)如今，，發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)化工等領(lǐng)域中得到了廣泛的使用，對(duì)其基本過(guò)程的研究屬于生

北京工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文該平臺(tái)通過(guò)設(shè)置不同的發(fā)酵初始條件及過(guò)程參數(shù)，可以模擬仿真青霉素發(fā)酵過(guò)程的各種正常以及異常狀態(tài)（可以設(shè)置故障的變量包括：通風(fēng)速率、攪拌功率和底物流加速率），圖 2-6 所示為 Pensim 仿真平臺(tái)各參量在默認(rèn)初始條件及默認(rèn)過(guò)程參數(shù)下的變化曲線。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ920.1;TP274

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本文編號(hào)：2529117