發(fā)布時間：2020-05-21 09:42

【摘要】：蛋白酶是市面上銷量最高、應(yīng)用范圍最廣的酶類,品類繁多,在自然界中分布廣泛,海洋堿性蛋白酶MP作為一種新型來源的蛋白酶,具有比傳統(tǒng)陸源蛋白酶更優(yōu)良的物化特性,生產(chǎn)及使用過程清潔無污染,已廣泛地應(yīng)用于醫(yī)藥、洗滌、橡膠制造等行業(yè)。在海洋堿性蛋白酶MP的工業(yè)生產(chǎn)中,為了使產(chǎn)品得率最大化、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約成本,需要對其發(fā)酵過程的環(huán)境參量進行控制。然而細(xì)胞的生長繁殖與產(chǎn)物代謝具有一定的不可預(yù)測性,受到諸多環(huán)境參量的影響,發(fā)酵過程呈現(xiàn)很強的非線性,解耦困難,常規(guī)的工業(yè)生產(chǎn)控制方法難以取得較好的控制效果,嚴(yán)重制約了該酶的大規(guī)模生產(chǎn)與應(yīng)用�；谏鲜鰡栴},本文在國家自然科學(xué)基金、江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程項目的資助下,針對海洋堿性蛋白酶MP的發(fā)酵過程控制問題展開了研究。論文主要工作內(nèi)容及取得的成果如下。首先,海洋堿性蛋白酶MP的發(fā)酵過程雖然復(fù)雜多變,但是批次之間卻具有重復(fù)性,針對此特征,提出了一種人工魚群算法優(yōu)化增益參數(shù)的迭代學(xué)習(xí)控制策略,實現(xiàn)控制器增益參數(shù)的動態(tài)跟蹤;為提高尋優(yōu)算法的精度,減少運算時間,針對人工魚群算法本身進行了包括動態(tài)視野、剔除擁擠度因子、自動縮減魚群規(guī)模、探路魚在內(nèi)的優(yōu)化工作;設(shè)計了優(yōu)化后的控制器結(jié)構(gòu)并分析了其收斂性,以單輸入單輸出(SISO)的線性與非線性系統(tǒng)為對象,在仿真實驗中初步驗證了該方法的控制效果。其次,為了將該控制模型應(yīng)用到海洋堿性蛋白酶MP的多輸入多輸出(MIMO)發(fā)酵控制過程,本文構(gòu)建了發(fā)酵過程簡要動力學(xué)模型,以模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立起人工魚群的尋優(yōu)模型,同時針對算法跟蹤過程中可能存在的誤差與干擾設(shè)計了誤差補償器,提高了系統(tǒng)的魯棒性與控制精度。最后,本文以S3C44B0x芯片為核心,基于ARM平臺設(shè)計了可用于實際生產(chǎn)過程的海洋堿性蛋白酶MP發(fā)酵控制裝置。首先在上位機以Visual C++編寫了控制算法的COM組件,將該組件嵌入至芯片中,負(fù)責(zé)所有發(fā)酵罐數(shù)據(jù)的集中處理,而發(fā)酵現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集與控制操作則由與發(fā)酵罐一一對應(yīng)的單片機SST89E89516RD實現(xiàn);為了實現(xiàn)多個發(fā)酵罐的集散控制,保證數(shù)據(jù)可靠傳輸,編寫了無線模塊CC1101的驅(qū)動程序;最后設(shè)計了發(fā)酵過程中的補料及消泡裝置。經(jīng)過實際應(yīng)用調(diào)試,驗證了該設(shè)備的有效性。
【圖文】：

當(dāng)中存在的程序不能運行、接觸不良等問題；單片機的空間使用靈活，可儲數(shù)據(jù)與運行程序之間便捷轉(zhuǎn)換。.2 硬件電路設(shè)計（1）無線通訊模塊如圖 4.1 所示的海洋堿性蛋白酶 MP 發(fā)酵過程集散控制系統(tǒng)，ARM 主與單片機之間的通訊如果依靠物理連線，存在諸如位置挪動不便、通訊線磨損的問題，因此數(shù)據(jù)交換采用無線通訊模式。本文采用 CC1101 工業(yè)級射頻透傳模塊，該模塊能夠?qū)崿F(xiàn) 2km 范圍內(nèi)的訊，且功耗僅有 100mW，與 ARM 的 SPI 總線接口以如圖 4.4 的所示的方。

圖 4.5 無線模塊與單片機的連接方式Fig.4.5 The connection diagram between wireless module and single chip（2）采集與控制模塊由于海洋堿性蛋白酶 MP 發(fā)酵過程的跟蹤控制需要大量實時數(shù)據(jù)的采液 pH 值、溫度、溶解氧濃度、罐壓等，，對應(yīng)的傳感器測出結(jié)果為模擬被單片機直接利用，因此需要設(shè)計 A/D 轉(zhuǎn)換模塊，將模擬信號轉(zhuǎn)換為為了保證數(shù)據(jù)采集的實時性與采集精度，本文選擇具有跟蹤保持、數(shù)字的 AD7606 芯片，來組成 16 通道的采集模塊，單片機 SST89E89516選信號來對 AD7606 進行控制，完成數(shù)據(jù)的采集，如圖 4.6 所示。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TQ925;TP273

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 葉思帆;趙媛;;微生物源堿性蛋白酶的生產(chǎn)及其應(yīng)用[J];青�？萍�;2018年02期

2 王晶;張劍;張越;;堿性蛋白酶的空氣/水界面行為研究[J];日用化學(xué)工業(yè);2015年09期

3 吳京平;天然有機物對堿性蛋白酶活力的影響[J];北京工商大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2005年06期

4 吳京平;;兩種天然有機物對堿性蛋白酶活力的影響[J];北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2005年04期

5 應(yīng)盛華,徐均煥,周杭松;冠狀耳霉堿性蛋白酶的生產(chǎn)及應(yīng)用[J];杭州科技;2000年04期

6 金敏,王忠彥,胡永松;堿性蛋白酶的研究進展及應(yīng)用[J];四川食品與發(fā)酵;1999年04期

7 裘娟萍;提高堿性蛋白酶生產(chǎn)效益的措施[J];氨基酸和生物資源;1996年02期

8 薛林貴;我國堿性蛋白酶的應(yīng)用及研究進展[J];微生物學(xué)通報;1997年06期

9 洪揚,雷虹,趙玉風(fēng),韓玉珉,申同健;地衣芽孢桿菌2709堿性蛋白酶基因的克隆、序列測定及其表達[J];生物工程學(xué)報;1994年03期

10 那淑敏;余茂R

本文編號：2674082