微生物发酵过程建模及控制开发环境的研究

本课题“微生物发酵过程建模及控制开发环境的研究”是天津市自然科学基金资助项目“抗生素发酵过程建模及控制开发环境的研究”的子项目。 微生物发酵过程具高度的非线性和时变性，其内在机理非常复杂。一些重要的过程变量不能在线测量。这使对发酵过程的建模和优化更为复杂。 针对这一问题，本论文首先通过对以传统仪表为主、容量为15升的发酵罐控制装置的技术改造，设计完成了发酵罐计算机控制系统，采用上下位机分级控制，由PLC完成过程环境参数控制，PC机完成数据保存及处理。为发酵过程建模及其优化控制的进一步研究提供了硬、软件平台。 在此基础上，经多次酵母发酵实验、聚赖氨酸发酵实验及对大量实验数据的分析，深入了解了微生物发酵的一般性规律；建立了微生物发酵过程的软测量模型，对不可在线测量的生物参数进行估计，包括由主元回归分析得到的解析式模型，由神经网络算法得到的神经网络模型。指导发酵过程的流加控制和环境变量沿着优化的轨迹进行，达到提高最终得率的目的，并对过程当前状态即发酵时期进行识别。