[發(fā)明專利]基于神經網絡逆的生物發(fā)酵自適應控制系統(tǒng)及控制方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310014671.9
• 申請日: 2013-01-15
• 公開（公告）號: CN103064292A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設計）人: 劉國海;于霜;丁煜函;梅從立
• 申請（專利權）人: 鎮(zhèn)江市江大科技有限責任公司;江蘇大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 江蘇致邦律師事務所 32230
• 代理人: 樊文紅

1.一種基于神經網絡逆的生物發(fā)酵自適應控制方法，生物發(fā)酵系統(tǒng)以進料流量u₁和進料基質濃度u₂為控制輸入，以菌體濃度y₁和基質濃度y₂為輸出，其特征在于，包括以下步驟：

利用神經網絡和時分多路延時環(huán)節(jié)（TDL）構造生物發(fā)酵系統(tǒng)的神經網絡逆，以生物發(fā)酵系統(tǒng)當前時刻輸出及其前一時刻輸出為神經網絡的輸入變量，以生物發(fā)酵系統(tǒng)的控制輸入作為神經網絡的輸出量，通過調整神經網絡的權系數(shù)使神經網絡實現(xiàn)生物發(fā)酵系統(tǒng)的逆系統(tǒng)功能；

將神經網絡逆串聯(lián)于生物發(fā)酵系統(tǒng)之前，組成偽線性復合系統(tǒng)；

將偽線性復合系統(tǒng)線性化解耦為兩個單輸入單輸出的偽線性子系統(tǒng)；

采用無模型自適應控制器和參數(shù)自適應模塊分別串聯(lián)于每個偽線性子系統(tǒng)之前以進行自適應控制，該無模型自適應控制器和參數(shù)自適應模塊構成線性閉環(huán)控制器；

給定的生物發(fā)酵系統(tǒng)的期望輸出信號，根據(jù)當前時刻和前一時刻每個偽線性子系統(tǒng)的控制輸入及生物發(fā)酵系統(tǒng)的輸出，不斷更新無模型自適應控制器的參數(shù)和下一時刻每個偽線性子系統(tǒng)的控制輸入，使生物發(fā)酵系統(tǒng)的輸出有效跟蹤前述給定的期望輸出信號，實現(xiàn)對生物發(fā)酵系統(tǒng)的無模型自適應控制。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于神經網絡逆的生物發(fā)酵自適應控制方法，其特征在于，前述神經網絡逆由具有四輸入、雙輸出的單隱層BP神經網絡以及TDL環(huán)節(jié)構成，該神經網絡逆具有雙輸入和雙輸出節(jié)點，其中：

神經網絡逆的第一個輸入為單隱層BP神經網絡的第一個輸入y₁(k+1)，該第一個輸入y₁(k+1)經過時分多路延時環(huán)節(jié)（TDL）后的變量作為單隱層BP神經網絡的第二個輸入；

神經網絡逆的第二個輸入為單隱層BP神經網絡的第三個輸入y₂(k+1)，該第二個輸入y₂(k+1)經過時分多路延時環(huán)節(jié)（TDL）后的變量作為單隱層BP神經網絡的第四個輸入；

神經網絡逆的兩個輸出為單隱層BP神經網絡的輸出u₁(k)和u₂(k)。

3.根據(jù)權利要求2所述的基于神經網絡逆的生物發(fā)酵自適應控制方法，其特征在于，前述無模型自適應控制器的輸出v_i(k)連接至每個偽線性子系統(tǒng)的控制輸入，其中v_i(k)采用如下公式計算：

vi(k)=vi(k-1)+ρiφi(k)λi+φi(k)2(yi*(k+1)-yi(k)),i=1,2]]>

式中，為給定的生物發(fā)酵系統(tǒng)的期望輸出信號，φ_i(k)為無模型自適應控制器的自適應參數(shù)，ρ_i、λ_i為無模型自適應控制器的可調參數(shù)。