發(fā)布時間：2018-05-04 05:54

  本文選題：連續(xù)發(fā)酵 + 1　； 參考：《魯東大學》2017年碩士論文

【摘要】：本文針對一類微生物連續(xù)發(fā)酵甘油生產1,3-丙二醇(1,3-PD)問題,建立了不同層次非線性切換系統(tǒng).基于提出的靈敏度函數和魯棒性指標,令終端時刻產物1,3-PD的產量最大是性能指標,建立了不同的最優(yōu)控制模型,并進一步構造了優(yōu)化算法求解.所得數值結果表明該項研究可以為實際發(fā)酵過程提供重要參考.本文的研究工作現概括如下:1.綜合考慮胞內胞外物質濃度的變化,提出了一個包含16種切換模式的切換系統(tǒng)描述連續(xù)發(fā)酵過程.因部分系統(tǒng)參數依賴于決策變量,討論了系統(tǒng)狀態(tài)關于參數和決策變量的靈敏度,并得到了含有切換的梯度公式.基于靈敏度,建立了最優(yōu)控制模型,并應用序列二次規(guī)劃法求解.數值結果表明,依據所得最優(yōu)流加策略,可以有效提高終端時刻1,3-PD的濃度.2.因部分系統(tǒng)參數依賴于決策變量,提出了系統(tǒng)狀態(tài)的魯棒指標.以穩(wěn)態(tài)時刻1,3-PD的產率最大為性能指標,以甘油的流加速率及初始濃度為決策變量建立了優(yōu)化模型.通過近似光滑逼近法,原問題轉化成了數學規(guī)劃問題,并構造了含有切換的數值優(yōu)化算法尋找上述問題的最優(yōu)數值解.最終得到了比較滿意的流加策略,參數值以及切換時刻與切換序列.3.根據dha調節(jié)子的遺傳調節(jié),建立了一個由14維動力學方程描述的非線性切換系統(tǒng).我們的目標是通過優(yōu)化決策變量即甘油流加速率和初始濃度得到目標產物即終端時刻1,3-PD的濃度最大.鑒于部分未知的系統(tǒng)參數依賴于決策變量,提出了魯棒性指標的定量表達,并基于魯棒性指標建立了最優(yōu)控制模型.基于精確罰函數法與單純形搜索法構造了有效的算法求解上述問題.通過數值模擬得到了最優(yōu)的流加策略和狀態(tài)軌線。
[Abstract]:In this paper, a nonlinear switching system of different levels is established for the production of 1k3- propanediol by continuous fermentation of glycerol by microorganism. Based on the proposed sensitivity function and robustness index, the maximum output of terminal product 1 / 3-PD is the performance index. Different optimal control models are established, and the optimization algorithm is further constructed. The numerical results show that this study can provide an important reference for the actual fermentation process. The research work of this paper is summarized as follows: 1. Considering the change of extracellular concentration, a switching system consisting of 16 switching modes was proposed to describe the continuous fermentation process. Because some system parameters depend on decision variables, the sensitivity of system state on parameters and decision variables is discussed, and a gradient formula with switching is obtained. Based on sensitivity, the optimal control model is established and solved by sequential quadratic programming. The numerical results show that, according to the optimal flow addition strategy, the concentration of 1 / 3-PD at the end time can be increased effectively. Because some system parameters depend on decision variables, a robust index of system state is proposed. The optimal model was established with the maximum yield of 1 ~ 3-PD at steady state as the performance index and the flow acceleration rate and initial concentration of glycerol as decision variables. By using the approximate smooth approximation method, the original problem is transformed into a mathematical programming problem, and a numerical optimization algorithm with switching is constructed to find the optimal numerical solution of the above problem. Finally, satisfactory stream addition strategy, parameter value, handover time and handover sequence. 3 are obtained. According to the genetic regulation of dha regulator, a nonlinear switching system is established, which is described by 14 dimensional dynamic equations. Our goal is to obtain the maximum concentration of the target product, I. e., the terminal time 1 / 3-PD, by optimizing the decision variables, that is, the glycerol flow rate and the initial concentration. In view of the fact that some unknown system parameters depend on decision variables, a quantitative representation of robustness index is proposed, and an optimal control model based on robustness index is established. Based on the exact penalty function method and simplex search method, an effective algorithm is constructed to solve the above problems. The optimal flow addition strategy and state trajectory are obtained by numerical simulation.
【學位授予單位】：魯東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TQ923;O232

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本文編號：1841860