[發(fā)明專利]一種基于基因網(wǎng)絡(luò)的同步控制方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010460876.X
• 申請(qǐng)日: 2020-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN111624881B
• 公開（公告）日: 2021-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃書賢;劉峰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）
• 主分類號(hào): G05B13/04
• 分類號(hào): G05B13/04
• 代理公司: 武漢知產(chǎn)時(shí)代知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42238
• 代理人: 彭建怡

1.一種基于基因網(wǎng)絡(luò)的同步控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、基于群體感應(yīng)系統(tǒng)，所述群體感應(yīng)系統(tǒng)包括驅(qū)動(dòng)模型和響應(yīng)模型，分別構(gòu)建驅(qū)動(dòng)模型和響應(yīng)模型在群體感應(yīng)背景下的感染模型；

驅(qū)動(dòng)模型的感染模型為：

S2、基于步驟S1構(gòu)建的感染模型，對(duì)群體感應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定性分析，得到若干個(gè)自由平衡點(diǎn)，通過自由平衡點(diǎn)判斷在系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)候，執(zhí)行下一步驟；

步驟S2中還包括當(dāng)t時(shí)刻產(chǎn)生的免疫細(xì)胞數(shù)量依賴于t-τ時(shí)刻的數(shù)量，即存在系統(tǒng)存在時(shí)滯；

當(dāng)前步驟下，根據(jù)奈奎斯特穩(wěn)定判據(jù)條件，計(jì)算出系統(tǒng)臨界穩(wěn)定的時(shí)滯條件，結(jié)合自由平衡點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)穩(wěn)定性的判定；

S3、添加滑膜控制器u(t)到響應(yīng)模型中，根據(jù)參數(shù)自適應(yīng)律，調(diào)整群體感應(yīng)系統(tǒng)的控制參數(shù)；采用投影同步控制方法，利用驅(qū)動(dòng)模型的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)響應(yīng)模型，當(dāng)響應(yīng)系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的誤差函數(shù)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，反應(yīng)的同步誤差趨近于0時(shí)，即實(shí)現(xiàn)基因網(wǎng)絡(luò)的同步控制，且，基于同步控制后的基因網(wǎng)絡(luò)來控制細(xì)胞的生命活動(dòng)；其中：

e＝[e₁ e₂ e₃]^T； (1)

(1)式中，e₁＝V'-m₁V,e₂＝R'-m₂R,e₃＝N'-m₃N，其中，m_i∈R，i＝1，2，3，m_i≠0是標(biāo)量比例因子，e₁、e₂、e₃均為預(yù)定義的誤差值，V、V′分別表示驅(qū)動(dòng)、響應(yīng)模型下定義的易感宿主細(xì)胞數(shù)量；R、R′分別表示驅(qū)動(dòng)、響應(yīng)模型下定義的感染細(xì)胞數(shù)量；N、N′表示驅(qū)動(dòng)、響應(yīng)模型下定義的免疫細(xì)胞數(shù)量；

(2)式中，t為驅(qū)動(dòng)模型的輸入信號(hào)，τ為延時(shí)參數(shù)，b、β、c為取正值的常數(shù)，c₁，c₂，r均為大于0的第一系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，s為滑膜控制器中的滑膜面，s＝e₃+c₁e₁+c₂e₂；為誤差控制參數(shù)α的估計(jì)值；sign()為符號(hào)函數(shù)；

所述滑膜控制器u(t)為一個(gè)單維度的控制器；

采用投影同步控制方法，包括構(gòu)建投影同步誤差方程：

其中，m為標(biāo)量比例因子；基于公式(5)，進(jìn)行響應(yīng)模型與驅(qū)動(dòng)模型的穩(wěn)定狀態(tài)判斷；

添加滑膜控制器u(t)到響應(yīng)模型中后，響應(yīng)模型的感染模型為：

其中，t、t’分別為驅(qū)動(dòng)及響應(yīng)模型的輸入信號(hào)；V(t)、V(t′)分別為模型中基于輸入信號(hào)t和t′產(chǎn)生的易感宿主細(xì)胞數(shù)量；R(t)、R(t′)分別為模型中基于輸入信號(hào)t和t′產(chǎn)生的感染細(xì)胞數(shù)量；N(t)、N(t′)分別為模型中基于輸入信號(hào)t和t′產(chǎn)生的免疫細(xì)胞數(shù)量；參數(shù)λ，a，b，c，d，β，ρ均為取正值的常數(shù)；為非線性系統(tǒng)方程中對(duì)“*”的求導(dǎo)；

(3)式及(4)式中的第一行計(jì)算公式中，當(dāng)輸入信號(hào)到模型時(shí)，λ為感染細(xì)胞從前組織中的產(chǎn)生率，未感染細(xì)胞以速率dV死亡，并以速率βVR變?yōu)楦腥炯?xì)胞；第二行計(jì)算公式中，當(dāng)輸入信號(hào)到模型時(shí)，β為描述感染過程的速率常數(shù)，感染細(xì)胞以速率aR死亡并以速率ρRN被免疫細(xì)胞殺死；第三行計(jì)算公式中，當(dāng)輸入信號(hào)到模型時(shí)，免疫細(xì)胞以速率bN死亡；

驅(qū)動(dòng)模型中的參數(shù)t作為響應(yīng)模型的一個(gè)輸入信號(hào)，與信號(hào)t’共同影響響應(yīng)模型的輸出。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步控制方法，其特征在于，步驟S3中，在單維控制器u(t)和參數(shù)自適應(yīng)律的作用下，實(shí)現(xiàn)基因網(wǎng)絡(luò)的同步穩(wěn)定控制；所述參數(shù)自適應(yīng)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中，γ₁、γ₂、γ₃均為大于0的第二系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，θ₁、θ₂、θ₃均為系統(tǒng)控制參數(shù)向量，為θ_i的估計(jì)值，i＝1，2，3。