生物发酵过程的在线分类及调度优化

以改进生物制药过程经验调度操作为目的，根据过程的统计学规律，提出了对发酵罐批进行在线分类的方法，即将运行中的罐批在线区分为高效益、平均效益和低效益，在此基础上，提出以总体经济效益最大化为目标的优化调度策略，它对不同类的罐批限定不同宽度的调度区间，在调度区间内计算每一罐批的调度函数，再按调度函数的高低确定最佳调度顺序，对青霉素发酵过程的实际数据进行了拟在线仿真，结果证实了这一在线分类及优化调度决策方法的可行性和优越性。     

分析技术在生物发酵过程监测中的应用

过程分析是一个高维多元的动态体系,该体系的建立及其理论研究对生物过程的模拟,预测,优化和监控起着重要作用,中间产物的检测是过程分析的关键,它为发酵机理研究提供了必不可少的依据,有利于发酵操作条件有及时调控,在研究生化反应规律、优化生产过程和提高生化产品率方面是十分必要的。     

生物发酵过程的效益函数在线计算及其预报

效益函数是发酵过程运行状态的最直接、最灵敏的一个指标,因此,实时地获得它的实际值和预报值对于过程优化调度十分关键.以青霉素发酵过程为例,采用3层BP人工神经网络,对过程的产物质量浓度进行了5步超前预报.进而基于效益函数的计算表达式推导出效益函数的5步超前预报值.结果表明,能够通过一些数据校正手段使预报值更加贴近实际值,预报精度能够较好地满足工业应用需求.     

生物发酵过程效益函数的在线预报

提出了一种基于神经网络的效益函数预报方法,为了提高预报精度,引入滚动学习预报技术处理过程的时变性,该预报技术中,输入输出数据对通过移动窗口获得。在每一次采样时间后,由输入输出数据对构成的训练数据库将被更新,然后程序重复进行下一轮的预报。为检验所提出方法的有效性,以头孢菌素C生产为例,对效益函数进行了超前24h预报,结果显示该方法的预报精度高于已有的方法。     

控制过程异常数据的在线检测

针对传统小波方法在检测异常数据方面的不足及控制系统中过程数据的特点,提出了一种适用于工业控制系统的异常过程数据在线检测方法．此方法采用基于模型的小波分析残差的检测思想,考虑异常值对模型的影响,提出了带有反馈结构的RBF网络模型,从而有效降低了异常点对RBF网络准确性的影响,提高了网络的鲁棒性;采用隐马尔可夫模型分析小波...     

多变量生物发酵过程的解耦控制

把非线性系统的逆系统方法与神经网络非线性辨识技术相结合，提出了一种基于神经网络逆系统的发酵过程多变量解耦控制策略．当过程模型缺乏足够的先验知识时，所提出的解耦控制策略对多变量非线性连续发酵过程取得了良好的控制性能．仿真结果表明，提出的解耦控制方法能够适应过程模型的不确定性和参数的时变性，具有较强的鲁棒性．克服了基于微分几何理论的逆系统解耦控制方案依赖于过程模型和对模型参数变化很敏感的缺点．     

多变量生物发酵过程的解耦控制

把非线性系统的逆系统方法与神经网络非线性辨识技术相结合 ,提出了一种基于神经网络逆系统的发酵过程多变量解耦控制策略 .当过程模型缺乏足够的先验知识时 ,所提出的解耦控制策略对多变量非线性连续发酵过程取得了良好的控制性能 .仿真结果表明 ,提出的解耦控制方法能够适应过程模型的不确定性和参数的时变性 ,具有较强的鲁棒性 .克服了基于微分几何理论的逆系统解耦控制方案依赖于过程模型和对模型参数变化很敏感的缺点 .     

2—酮基—L—古龙酸流加发酵过程的在线控制

开发了用生生产２－酮基－Ｌ－古龙酸流加发酵过程的在线控制系统。该系统可在线检测和控制发酵温度，ｐＨ，ＤＯ，罐压等环境参数，并可控制糖液，碱液等补料的流加。经７０ｍ＾３环隙气升式发酵拉萨市人的试验表明，该控制系统工作可靠，抗干扰能力强，控制品质好，便于操作，能满足生产工艺要求。     

木糖醇发酵过程参数的在线软测量

针对在线测量或预测木糖醇浓度并适时终止发酵问题,运用广义对数方程拟合木糖醇发酵过程的各参数值,借助均匀设计法寻找神经网络的最佳隐层单元数、学习速度、初始权矩阵,构建一个具有５－８－４三层网格结构的“软传感器”。经检验,它能很好实现在线状态估计和提前一步预测木糖醇浓度。该方法也有利于实现其他发酵过程的在线控制。     

生物过程尾气质谱仪在乳酸发酵工艺控制中的应用

将生物过程尾气分析质谱仪及相应的Biostar处理软件成功应用于乳酸发酵过程中,通过实时监测发酵过程中不同阶段和不同发酵条件下菌体生理代谢参数的动态变化,并对其进行多参数相关分析,阐明了发酵过程中杂质组成的合成代谢过程;利用尾气分析质谱仪进行微耗氧发酵过程供氧水平的精确控制,当菌体的摄氧率控制在0.70mmol/(L.h)时,凝结芽孢杆菌乳酸的最佳合成速率能达到2.78g/(L.h);同时在以玉米淀粉水解糖液为基质的乳酸发酵过程中,通过对菌体生理代谢参数变化与残糖的消耗和副产物生成过程进行相关分析,建立了根据生理参数的变化进行发酵过程终点快速判定方法,实现了L-乳酸发酵产量和质量的在线控制策略。     

酶发酵过程的模糊智能优化控制

本文应用模糊集理论，提出了酶发酵过程的模糊优化控制方案。针对该发酵过程经验性强且地无定量描述数学模型的特点，采用模糊聚类方法对发酵过程进行微生物菌体生长阶段的在线划方；利用优化试验找出主要控制因素的最佳时间序列结构，建立了重要控制因素ｐＨ值的模糊模型，对通氨最佳时机和通氨量实现模糊智能控制。     

生物发酵过程的温度控制模型研究

针对生物发酵过程中温度控制难以建模的问题,基于非线性自回归滑动平均(NARMA)模型,设计了神经网络自回归滑动平均(NN-NARMA)模型.利用径向基神经网络逼近NARMA模型中的映射关系,对神经网络的输出进行了二阶低通滤波,用变异率可调节的遗传算法优化了NARMA模型中的延时参数以及神经网络的输出滤波参数.应用该方法建立了生物发酵过程的温度控制模型,该模型在上温、中温和下温的误差相对于Elman神经网络模型分别减少了38 9%、13 5%和61 3%.该方法具有一定的可操作性,能够较好地解决生物发酵过程中的温度控制建模问题.     

间歇过程在线检测的核独立元分析及局部建模方法

针对间歇过程所具有的非线性特点,提出了一种基于核独立元分析(Kernel ICA)及局部建模的在线故障检测策略.将展开的高维历史数据按时间间隔划分,应用Kernel ICA算法对每一个时间间隔点的分数据块提取独立主成分,构造检测统计量,并用非参数估计方法确定其控制限.这种建模方法机理简单,而且不需要预测过程未知的测量数据.通过对DuPont间歇聚合过程的仿真,验证了所提出方法的有效性和准确性.     

基于超声技术的塑料注射成形过程在线检测

提出一种新的塑料注射成形过程在线检测方法,利用超声波在异质界面的反射与透射行为以及对温度和压强的响应特性,研究注射成形过程中无定形塑料聚苯乙烯(GPPS)和结晶型塑料聚丙烯(PP)的超声衰减行为,探讨工艺参数(模具温度和保压压力)对无定形塑料超声衰减行为的影响规律.实验结果表明:超声衰减信号能准确反映出塑料熔体的注射、冷却、收缩以及结晶过程信息,可用于注射成形过程的在线检测.     

基于生物传感器的发酵过程在线分析系统研制

基于发酵过程自动优化控制的需求,研制了发酵过程生物传感器在线自动取样分析系统。给出了在线分析系统的分析原理及其结构组成,详细介绍了自动取样、样品稀释及生物传感器信号处理的方法。系统可以实现对葡萄糖、乳酸和谷氨酸等重要生化参数的自动取样分析,并把分析结果通过485接口或4~20 mA模拟接口发送到发酵控制器,为发酵控制提供生化分析数据。用葡萄糖标准样品作为发酵液对实验样机进行了测试,结果表明在线分析系统具有较高的分析精度,可以满足发酵过程分析的需求。     

数控加工在线检测技术的探究

科学技术带动制造业蓬勃发展起来。在提高劳动生产率的同时,还要以高质量产品赢得市场竞争优势,同时还要降低投入成本。数控机床作为制造业的加工母机,属于是高精度的自动化控制设备,在加工零件过程中能实现在线检测功能,不但省时省力,而且还提高了加工效率,具有广泛的应用价值。本论文针对数控加工在线检测技术的应用进行探究。     

发酵过程多水平问题及其生物反应器装置技术研究

回顾了发酵过程优化与放大所依据的基本思想和方法,认为采用以动力学为基础的最佳工艺控制点为依据的静态操作方法,实质上只是化学工程宏观动力学概念在发酵工程上的延伸,往往忽视细胞代谢流的存在。以细胞代谢流的分析与控制为核心的生物反应工程学的观点,通过实验研究,提出了基于参数相关的发酵过程多水平问题研究的优化技术和发酵过程多参数调整的放大技术。随着过程传感技术和计算机技术的发展,设计了一种定型为FUS50L（A）的新概念生物反应器。这种新型生物反应器是以物料流检测为手段,过程优化与放大为目标,成功地应用在青霉素、红霉素、金霉素、肌苷、鸟苷发酵和Pichia酵母表达系统的基因工程人血清白蛋白（rhSA）、疟疾疫苗等高密度高表达培养,大幅度提高发酵水平,并直接放大到几百升,甚至100 m3以上生产规模发酵罐。     

发酵过程中比生长率的在线估计

提出了一种基于在线可测的二氧化碳释放率的需氧发酵过程中比生长率的在线估计方法,并且采用优化的方法进行模型中重要参数的选择.由于二氧化碳释放率容易检测,所以这种估计方法非常容易实现.在诺西肽发酵过程的应用中,利用所提出的方法得到比生长率,进而计算生物量,得出的估计值与实验值吻合得很好,表明了该估计方法的可靠性与实用性.     

乳酸菌发酵过程参数的研究

为准确、快捷地掌握乳酸菌发酵过程中主要参数的变化情况,通过KRH-BI0300型发酵罐控制系统、细胞密度监测系统、SHP8400PM过程气体质谱分析仪、生物传感分析仪等多种发酵过程分析检测手段,对乳酸发酵过程中乳酸菌活细胞数、尾气成分、葡萄糖及乳酸含量的变化情况进行测定。结果表明,应用多种现代化分析检测手段可以快速、精确地掌握乳酸菌发酵过程参数变化情况。该研究为乳酸菌发酵过程的优化控制及规模工业化奠定了基础。     

浅析生物发酵工程技术的环境控制

在现如今,生物技术已成为带动人类社会经济发展的关键技术之一,其中,微生物的生物技术由于其发展迅速,给人类带来巨大的实用价值和经济利益,以及对其他生物技术的重要影响,一直处于生物技术的领先地位。微生物工程概括了微生物的应用领域,发酵工程是其中一个分支,也是微生物工程的基础之一,在整个生物工程中相对发展较为成熟。