本文關鍵詞：多階段間歇發(fā)酵過程的最優(yōu)控制求解

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【摘要】：本文以微生物(肺炎克雷伯氏菌)進行甘油歧化方式生產(chǎn)1,3-丙二醇(1,3-PD)的間歇發(fā)酵過程作為背景展開研究,根據(jù)發(fā)酵過程中微生物增長多階段的特性,基于兩種微生物間歇發(fā)酵的數(shù)學模型,著重研究了如何使產(chǎn)物1,3-PD產(chǎn)率最大的最優(yōu)控制問題.通過編程計算得到的結果與實際實驗數(shù)據(jù)做對比.可以更準確地對已知的數(shù)學模型、優(yōu)化算法進行評估和改進,同時也為1,3-丙二醇的工業(yè)化生產(chǎn)提供了理論參考.因此該項研究具有一定的理論意義和實際價值.本文的主要內(nèi)容和研究成果概括如下：1.基于甘油間歇發(fā)酵產(chǎn)生1,3-PD的動力學模型,主要考慮如何控制微生物以及甘油的初始濃度,使得最終得到的1,3-PD產(chǎn)率最高.對該最優(yōu)控制問題,通過時間變換技巧和局部光滑化將其轉(zhuǎn)化為一系列逼近問題,并且證明了兩者的等價性.2.傳統(tǒng)的基于梯度的優(yōu)化算法方法在求解該類最優(yōu)控制問題時,需要求解狀態(tài)和協(xié)態(tài)方程組,所得到的解也僅僅是一個局部最優(yōu)解.本文采用了梯度法與粒子群算法相結合的方式去求解,而且得到的是全局意義下的最優(yōu)解.3.對另一個兩階段的間歇發(fā)酵模型.根據(jù)該模型自身的特點.采用Nelder-Mead單純形搜索法求解最優(yōu)控制問題,并計算得到了1,3-丙二醇隨時間的濃度變化情況.
【關鍵詞】：非線性動力系統(tǒng) 間歇發(fā)酵 最優(yōu)控制 粒子群優(yōu)化算法
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP18;O232
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 1 緒論7-11
• 1.1 研究背景和意義7-8
• 1.2 微生物發(fā)酵研究狀況8-10
• 1.2.1 微生物發(fā)酵概述8
• 1.2.2 微生物發(fā)酵國內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-10
• 1.3 本文主要工作10-11
• 2 預備知識11-17
• 2.1 常微分方程的相關性質(zhì)和結果11-12
• 2.2 微生物發(fā)酵過程的動力學模型12-14
• 2.3 粒子群優(yōu)化算法14-17
• 3 用粒子群算法求解間歇發(fā)酵最優(yōu)控制問題17-27
• 3.1 非線性動力系統(tǒng)的建立17-19
• 3.2 最優(yōu)控制問題19-22
• 3.2.1 時間變換19-20
• 3.2.2 逼近問題20-22
• 3.3 修改的粒子群算法22-23
• 3.4 數(shù)值結果23-27
• 4 兩階段間歇發(fā)酵的最優(yōu)控制27-31
• 4.1 兩階段非線性系統(tǒng)27-29
• 4.2 最優(yōu)控制問題及算法29
• 4.3 數(shù)值結果29-31
• 結論與展望31-33
• 參考文獻33-37
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況37-39
• 致謝39-41

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本文編號：1095094