[發明專利]一種發酵生產過程控制方法及應用

有效

• 申請號: 201010207208.2
• 申請日: 2010-06-23
• 公開（公告）號: CN101859106A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發明（設計）人: 王偉;陳峰;王海清
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 胡紅娟

1.一種發酵生產過程控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)以發酵生產過程中產量最大化為目標，從離線發酵過程模型解析得到離線發酵生產過程中的最優補料曲線的解析表達式；

以發酵生產過程中產量最大化為目標，從離線發酵過程模型計算得到離線發酵生產過程中的最優補料曲線的數值解和最優狀態變量的數值解；

將離線發酵生產過程中的最優補料曲線的解析表達式與數值解相結合，確定離線發酵生產過程中的最優補料曲線的實際表達式；

(2)將步驟(1)計算出的最優狀態變量作為目標值，采用通用模型控制算法，建立實際發酵生產過程的反饋控制回路，在狀態變量偏離最優值時，通過實時調節補料速率，使得狀態變量趨近于最優值，從而通過對狀態變量最優值的實時跟蹤來實現發酵生產過程中產量最大化。

2.如權利要求1所述的發酵生產過程控制方法，其特征在于，所述的從離線發酵過程模型解析得到發酵生產過程中的最優補料曲線的解析表達式，是基于極大值原理，利用最優性必要條件，對離線發酵過程模型求解實現的。

3.如權利要求1所述的發酵生產過程控制方法，其特征在于，所述的從離線發酵過程模型解析得到的離線發酵生產過程中的最優補料曲線由最大極值弧、最小極值弧和奇異弧組成，相應地，所述的解析表達式為三段表達式。

4.如權利要求1所述的發酵生產過程控制方法，其特征在于，所述的從離線發酵過程模型計算得到離線發酵生產過程中的最優補料曲線的數值解和最優狀態變量的數值解，包括以下步驟：

將補料速率離散化，利用離線發酵過程模型的最優性必要條件，采用數值優化方法求解離散后補料速率的非線性規劃問題，得到離線發酵生產過程中的最優補料曲線的數值解和最優狀態變量的數值解。

5.如權利要求1或3所述的發酵生產過程控制方法，其特征在于，所述的離線發酵生產過程中的最優補料曲線的實際表達式，包括：所述的最優補料曲線的解析表達式的實際組成、組成順序以及切換條件。

6.如權利要求1所述的發酵生產過程控制方法，其特征在于，所述的狀態變量為底物濃度、微生物濃度或產物濃度。

7.如權利要求1～6任一所述的發酵生產過程控制方法在釀酒酵母酶的發酵生產過程中的應用，其特征在于，包括以下步驟：

(1)以釀酒酵母酶的發酵生產過程中產量最大化為目標，從離線發酵過程模型解析得到離線發酵生產過程中的最優補料曲線的解析表達式；

以釀酒酵母酶的發酵生產過程中產量最大化為目標，從離線發酵過程模型計算得到離線發酵生產過程中的最優補料曲線的數值解和葡萄糖濃度的最優數值解；

將離線發酵生產過程中的最優補料曲線的解析表達式與數值解相結合，確定離線發酵生產過程中的最優補料曲線的實際表達式；

(2)將步驟(1)計算出的最優狀態變量作為目標值，采用通用模型控制算法，建立實際發酵生產過程的反饋控制回路，在葡萄糖濃度偏離最優值時，通過實時調節補料速率，使得葡萄糖濃度趨近于最優值，從而通過對葡萄糖濃度量最優值的實時跟蹤來實現釀酒酵母酶的發酵生產過程中產量最大化。