改进的微生物连续发酵动力系统及参数辨识

以微生物连续发酵生产1,3-丙二醇为背景,研究了非线性动力系统及其参数辨识问题.首先根据发酵过程的特征和动态行为,在底物甘油过量的条件下,考虑了细胞内甘油与1,3-丙二醇的浓度变化,改进了描述微生物连续发酵过程的非线性动力系统,分析并论述了该非线性动力系统的主要性质;其次以平均相对误差为性能指标,建立了参数辨识最优化模型,并用粒子群算法求解.计算结果表明,该模型适合描述主要产物1,3-丙二醇的动态行为,但用来描述副产物的浓度变化率不够精确.     

微生物间歇发酵生产1,3-丙二醇过程辨识与优化

以肺炎杆菌转化甘油生成1,3-丙二醇（1,3-PD）的过程为研究体系,根据微生物间歇培养过程的特征及动态行为,建立了简化的间歇发酵过程的非线性动力系统及其参数辨识模型,论述了动力系统与辨识问题解的存在性,并求得最优辨识参数．以初始底物浓度、菌种浓度及发酵时间为控制变量,以1,3-PD的生产强度为性能指标,建立了非线性系统的最优控制模型,针对实际算例求得最优解,为1,3-PD的产业化生产设计提供理论指导．     

微生物间歇发酵比生长速率辨识及优化算法

根据微生物间歇发酵甘油生产1,3-丙二醇过程的特征及动态行为,建立了能够更好地描述微生物间歇发酵过程的含控制函数和参数的动力系统,证明了该系统的一些性质.以实验数据和计算值之间误差平方和最小为性能指标,建立了系统辨识模型.根据微生物生长特点,采用离散化方法将系统辨识模型转化为一个参数辨识问题.最后,构造了改进的粒子群算法求解.数值结果表明实验观测值和计算值之间的相对误差比已有研究结果降低了6%~16%,该系统能更好地模拟间歇发酵过程.     

间歇发酵非线性酶催化混杂动力S系统及参数辨识

在微生物间歇发酵生产1,3-丙二醇的过程中,不能根据实验确定甘油和1,3-丙二醇跨膜运输方式。本文以此为背景,建立相应的非线性酶催化混杂动力S系统,进而以胞外物质浓度的相对误差为性能指标,以非线性酶催化混杂动力S系统为约束条件,建立参数辨识模型,并证明辨识模型最优解的存在性。利用粒子群算法对参数辨识问题进行求解,推断出甘油和1,3-丙二醇最有可能的跨膜运输方式是主被动运输相结合。     

微生物批式流加发酵的建模及基于HPSO算法的参数辨识（英文）

研究了微生物批式发酵甘油生产1,3-丙二醇过程的建模和参数辨识。由于流加过程中甘油和碱被间断地注入发酵罐,因而本文提出一个非线性多阶段动力系统描述该过程,并讨论了该系统的性质。以实验数据和计算值之间误差平方和最小为性能指标,建立了系统辨识模型,并证明了参数的可辨识性。最后构造了混杂粒子群算法求解该参数辨识模型,数值结果表明实验观测值和计算值之间的误差比已有文献降低了1.76%～41.77%,因而该系统能更好的描述批式流加发酵过程。     

微生物批式流加发酵的建模及基于HPSO算法的参数辨识

研究了微生物批式发酵甘油生产1,3 丙二醇过程的建模和参数辨识。由于流加过程中甘油和碱被间断地注入发酵罐,因而本文提出一个非线性多阶段动力系统描述该过程,并讨论了该系统的性质。以实验数据和计算值之间误差平方和最小为性能指标,建立了系统辨识模型,并证明了参数的可辨识性。最后构造了混杂粒子群算法求解该参数辨识模型,数值结果表明实验观测值和计算值之间的误差比已有文献降低了176％～4177％,因而该系统能更好的描述批式流加发酵过程。     

甘油连续生物歧化过程的参数辨识与非线性分析

为了给出能够较好描述甘油连续生物歧化为1,3-丙二醇过程的数学模型以及模型的非线性特性，研究了其参数辨识与非线性分析问题.首先，建立了甘油连续歧化过程的GMA-系统，给出了以模型的计算值与实验测量值误差最小为优化目标、以甘油连续发酵过程的稳态条件为约束的参数辨识优化问题.采用序列二次规划算法，获得了相应动力学系统的最优参数值.结果表明，构建的GMA-系统的参数辨识优化模型能够得到更准确的参数值.其次，将辨识出的参数结果代入到甘油连续歧化过程的GMA-系统中，进行了平衡点计算与稳定性分析等.采用符号化实根隔离法求解了系统的平衡点，依据几乎线性系统的稳定性理论研究了平衡点的稳定性.     

微生物连续发酵过程线性反馈最优控制

研究了一类微生物连续发酵生产1,3-丙二醇的线性反馈最优控制策略.将稀释速率D和注入的甘油浓度C_(s0)作为控制变量,建立线性反馈控制器使得1,3-丙二醇的产量最大化.首先通过非线性动力系统模型,将最优化问题描述出来并引入线性反馈策略,使用精确罚方法找到这个半无限优化问题的近似问题.进而基于梯度优化,使用一种标准的非线性优化方法给出了近似问题的解,从而得到原优化问题的最优解并求得反馈控制参数.由于线性反馈控制策略可以实现闭环控制,很好地保证了鲁棒性,取得了一定的成效.     

微生物批式流加发酵动力系统及参数辨识

微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇是一种重要的生产方式,但是目前研究只考虑了细胞外5种物质浓度的变化,没有考虑代谢机理、细胞内物质浓度的变化及重要的中间产物。本文将细胞内甘油、3-羟基丙醛和1,3-丙二醇三种物质的浓度变化考虑在内,假设甘油跨膜运输情形为主动运输和被动扩散,1,3-丙二醇的跨膜运输情形为主动运输和被动扩散,建立了微生物批式流加发酵动力系统。以实验值与计算值的误差平方和作为性能指标建立参数辨识模型,并用改进的粒子群算法求解模型中参数。结果表明,改进后模型平均相对误差比现有文献略有降低,说明了模型的有效性。     

微生物批式流加发酵中的最优控制

提出了一个非线性动力系统用以描述微生物批式流加发酵生产1,3-丙二醇过程。以终端时刻1,3-丙二醇的浓度作为性能指标且以甘油和碱的流加速度作为控制函数,研究了含状态和控制约束的最优控制问题。最后,基于控制参数化方法和改进的差分演化算法构造了一种求解最优控制问题的计算方法。数值分析结果表明与已有结果相比,终端时刻1,3-丙二醇的浓度有显著提高。     

微生物连续发酵系统参数辨识与优化算法

考虑3-HPA对细胞生长的抑制作用和底物与产物的跨膜运输方式,建立了能更好描述微生物连续发酵过程的新的数学模型,以计算值与实验稳态数据之间的平均相对误差为优化目标,以多个动力系统为状态约束,建立了参数辨识模型,证明了该辨识模型的参数可辨识性,并构造了改进的粒子群(PSO)算法求解该辨识模型.数值结果表明该新的动力学模型能更好地描述实际微生物连续发酵过程.     

微生物连续发酵建模及胞内动力学参数辨识

针对甘油连续发酵生产1,3-丙二醇过程,建立了涉及胞内物质及跨膜运输方式的动力学系统,并讨论了该系统的一些性质.以计算值与实验数据的平均相对误差作为目标函数,给出了估计胞内动力学参数的参数辨识模型,并证明了该辨识模型最优参数的存在性.最后构造了改进粒子群算法求解辨识模型中的最优参数.数值结果表明:平均相对误差减小了20...     

一类连续生物过程的双目标优化

研究了甘油连续生物歧化过程的双目标优化.针对甘油生物歧化为1,3-丙二醇过程的还原途径酶催化非线性动力系统,首先构造了使甘油转化为1,3-丙二醇的转化率和3-羟基丙醛的浓度同时达到最优的双目标优化模型,其次利用加权和方法对其进行求解,最后获得了双目标优化问题的Pareto最优解集及Pareto最优前沿.     

基于生物鲁棒性的一类微生物连续发酵优化模型及其并行算法

针对一类微生物连续发酵生产1,3-丙二醇问题,基于生物鲁棒性,建立了最优控制和优化模型.证明了最优控制解的存在性,构造了并行粒子群算法,并通过大规模并行计算得到了底物最优流加策略.数值结果显示该流加策略可以显著提高稳态时刻1,3-丙二醇的浓度.     

一类两阶段甘油连续歧化过程的优化

研究了两阶段甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程的优化问题.针对已有国内外文献计算的最优操作结果容易发生"洗出"现象(稀释速率大于0. 5 h~(-1))的不足,首先给出了两阶段甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程的非线性动力学模型;然后针对两阶段甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程,提出了与实际过程相符的稳态优化模型.该模型包含两个只有等式约束和有界变量约束的非线性优化问题.最后根据所建立稳态优化模型的特点,应用MATLAB软件的优化工具箱对其进行求解,得到了两阶段甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程的最优操作条件.与已有文献结果相比,本文获得的计算结果更接近实际情况,即稀释速率不大于0. 5 h~(-1),不会发生"洗出"现象.     

连续时滞对微生物连续培养过程振荡行为影响

以微生物歧化方法生产1,3-丙二醇的连续发酵为背景,考虑乙酸和乙醇对微生物生长的抑制作用,在细胞比生长速率中引入弱核连续时滞,提出了一个五维连续时滞动力系统.将平均时滞的倒数看作参数,研究了平均时滞对系统正平衡点局部稳定性的影响.运用Hopf分支的代数判据,给出了存在Hopf分支的操作参数区域,并数值模拟了分支的周期解...     

微生物连续发酵稳定模型的算法与收敛性

该文以微生物连续发酵制取1,3-丙二醇为实际背景,研究了以稳定性条件为主要约束的优化模型的算法及收敛性。以该优化模型的最优性函数等于零为结束准则,仿照Armijo一维线搜索方法确定步长,最速下降法确定搜索方向构造了优化算法,并进行收敛性分析。最后通过数值计算结果与实验数据的比较,说明稳定性条件下的优化模型比较准确地描述了实验过程,同时说明该算法正确、可行。     

甘油间歇生物歧化非线性系统的参数辨识

研究了甘油间歇生物歧化非线性系统的参数辨识问题.针对甘油间歇生物歧化过程的非线性常微分方程系统,首先给出了以代谢物浓度误差与斜率误差之和为优化目标、以甘油间歇生物歧化过程的非线性常微分方程系统为约束的参数辨识动态优化问题;然后基于改进的欧拉法将动态优化问题中的常微分方程组近似表示为代数方程组,从而可将原动态优化问题转化为非线性规划问题;最后利用粒子群算法求解得到的非线性规划问题.与已有文献相比,本文获得了更好的参数辨识结果,为构建甘油间歇生物歧化过程的非线性系统提供理论指导.     

一类微生物发酵过程的优化

研究了甘油生物歧化为1,3-丙二醇过程的优化.首先给出了使目的产物1,3-丙二醇浓度最大的稳态优化模型,然后基于MATLAB和1st Opt软件,构造了可求其最优解的混杂优化方法,取得了较好的应用效果.     

一类两阶段甘油连续歧化过程的正平衡点分析

研究了两阶段甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程的正平衡点.针对甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程的双反应器串联系统,首先给出了该双反应器串联系统的生化流程图以及非线性模型,通过对该生化流程图研究和非线性模型的特点分析,提出了应用两阶段法依次求解该双反应器串联系统正平衡点的思想.然后给出了能解决该双反应器串联系统正平衡点求解问题的两个定理,并给出了这两个定理的推导过程,证明了定理的正确性.最后给出了在操作条件D_1=0. 15 h~(-1),C_(SF1)=1200 mmol/L和D_2=0. 15 h~(-1)下该双反应器串联系统正平衡点的计算结果,验证了定理的应用效果.