基于群体感应的反馈控制方法、系统、设备及存储介质技术方案

本发明专利技术提供了一种基于群体感应的反馈控制方法、系统、设备及存储介质。根据群体感应系统建立群体感应模型，对群体感应模型进行稳定性分析和反馈控制。这种反馈控制在群体感应的背景下，可以更快速地使我们更好的观测群体感应系统的稳定性与其他性能，完成简单的模型下的反馈控制，放大群体感应过程中的种种信息交流过程，将反馈控制引入群体感应系统中，也是人类对于生物技术的又一进步，进一步研究后，可以以此控制细胞的生命活动，对生命科学也具有重大意义。有重大意义。有重大意义。

【技术实现步骤摘要】
基于群体感应的反馈控制方法、系统、设备及存储介质


[0001]本专利技术本专利技术涉及基因网络控制
，具体涉及一种基于群体感应的反馈控制方法、系统、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]近年来，群体感应受到了广泛关注，自1996年首先在细菌中被发现至今，在环境保护，疾病防治等方面得到了突破和进展。研究发现，在农业方面，群体感应也逐渐得到生物学家及农学家的重视。具体来说，全球面临的人口增长伴随的食物短缺问题，在耕地面积有限的情况下，群体感应抑制剂可以通过影响致病原菌基因的表达，来达到控制病原菌密度的效果，密度降低可以有效地减少其危害农作物的能力，降低病原菌对植物的危害程度，生产出高产且质量优良的粮食作物。
[0003]群体感应现象存在于细菌和真菌中。群体感应也影响生物的发光，和植物共生等自然界的菌落行为，影响生物膜的形成，有些通过抑制群体感应阻断通讯引起细菌感染病原体，也会影响细胞sRNA的转录和表达，群体感应现象也与生物群游现象密切相关。以上种种现象表明，对群体感应的研究是非常必要的，因此群体感应研究是微生物学研究的热点和焦点之一。
[0004]在群体感应系统的分析和控制中，首先要建立模拟系统生物功能的数学模型。为了更进一步的研究群体感应的作用原理，人们针对不同类型的群体感应系统，总结出了不同的模型，抽象出数学模型进而更好的分析研究群体感应。其中抽象出的数学模型包括：
[0005]非线性系统动力学模型，其大致包括混沌、分岔和同步等几类动力学行为的研究。与线性系统模型不同的是：非线性系统不能应用叠加原理，非线性系统的稳定性情况复杂。非线性系统可能有多个平衡状态，且在不同的平衡状态都是有可能稳定有可能分岔的。稳定亦或是分岔，都与系统的初始条件下有关，且与系统的参数和结构也有密不可分的关系。起始点不同，时滞不同，系统的状态是稳定或者不稳定就可能不同。相比于线性系统，非线性系统更加侧重于具体问题具体分析。由于数学计算上的复杂性，非线性系统至今没有一个特定完整的模型去描述概况，在这种前提下，建立数学模型来描述细胞生命活动就显得尤为重要。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题在于，针对现有技术由于数学计算上的复杂性，非线性系统至今没有一个特定完整的模型去描述缺陷，提供一种基于群体感应的反馈控制方法、系统、设备及存储介质。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供的技术方案为：提供一种基于群体感应的反馈控制方法，所述反馈控制方法包括以下步骤：
[0008]基于群体感应系统，构建群体感应模型；
[0009]根据所述群体感应模型计算得到所述群体感应模型的平衡点；
[0010]根据所述平衡点通过预设稳定性判据判定所述群体感应模型的稳定性，得到第一稳定区间；
[0011]基于所述平衡点设计反馈控制器，将所述反馈控制器添加到所述群体感应模型中，得到受控群体感应模型；
[0012]根据所述平衡点通过预设稳定性判据判定所述受控群体感应模型的稳定性，得到第二稳定区间；
[0013]根据所述第二稳定区间设置所述反馈控制器的参数，使所述第二稳定区间大于所述第一稳定区间，以实现群体感应系统的反馈控制，基于群体感应系统的反馈控制来控制细胞的生命活动。
[0014]此外，为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种基于群体感应的反馈控制系统，所述反馈控制系统包括以下模块：
[0015]模型构建模块，用于基于群体感应系统，构建群体感应模型；
[0016]稳定性分析模块，用于根据所述群体感应模型计算得到所述群体感应模型的平衡点，根据所述平衡点通过预设稳定性判据判定所述群体感应模型的稳定性，得到第一稳定区间；
[0017]反馈控制模块，用于基于所述平衡点设计反馈控制器，将所述反馈控制器添加到所述群体感应模型中，得到受控群体感应模型，并根据所述平衡点通过预设稳定性判据判定所述受控群体感应模型的稳定性，得到第二稳定区间，根据所述第二稳定区间设置所述反馈控制器的参数，使所述第二稳定区间大于所述第一稳定区间，以实现群体感应系统的反馈控制，基于群体感应系统的反馈控制来控制细胞的生命活动。
[0018]此外，为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种基于群体感应的反馈控制设备，所述反馈控制设备包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的反馈控制程序，所述反馈控制程序被所述处理器执行时实现所述的反馈控制方法的步骤。
[0019]此外，为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种存储介质，所述存储介质上存储有反馈控制程序，所述反馈控制程序被处理器执行时实现所述的反馈控制方法的步骤。
[0020]本专利技术具有以下有益效果：
[0021]1、这种反馈控制在群体感应的背景下，可以更快速地使我们更好的观测群体感应系统的稳定性与其他性能，完成简单的模型下的反馈控制，放大群体感应过程中的种种信息交流过程；
[0022]2、将反馈控制引入群体感应系统中，也是人类对于生物技术的又一进步，进一步研究后，可以以此控制细胞的生命活动，对生命科学也具有重大意义。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例1提供的一种基于群体感应的反馈控制方法执行流程图；
[0024]图2为本专利技术实施例2提供的一种基于群体感应的反馈控制方法执行流程图；
[0025]图3本专利技术实施例3提供的一种基于群体感应的反馈控制系统结构图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方
式作进一步地描述。
[0027]稳定性是一个系统的基本性能，当系统受到扰动时，可能会偏离平衡状态，我们需要分析系统的稳定条件与各参数的关系，才能判断系统的稳定性能，从而更加利于后续的研究。对于群体感应中的稳定性控制，研究的并不多，在控制方法上比较复杂，许多方法过于复杂，效果也并不显著。
[0028]为了克服上述不足，具体请参考实施例1和2，本专利技术具体实施例提供了一种基于群体感应的反馈控制方法，对群体感应建立更符合生物生命特征的数学模型，进而对针对数学模型进行反馈控制，便能更好地控制实际群体感应系统的稳定性和生命特征。
[0029]实施例1：
[0030]请参考图1，图1为本专利技术实施例1提供的一种基于群体感应的反馈控制方法执行流程图。
[0031]本专利技术公开的一种基于群体感应网络的反馈控制方法，包括以下步骤：
[0032]S1、基于群体感应系统，构建群体感应模型；其中，所述群体感应模型的数学表达式为：
[0033][0034]其中，V(t)、R(t)和N(t)分别表示易感宿主细胞，感染细胞以及免疫细胞的数量，参数λ、a、b、c、d、β、ρ均为正常数，其中，常数λ为未感染细胞从前组织中的产生率，未感染细胞以速率dV(t)死亡，并以速率βV(t)R(t)变为感染细胞，β是描述感染过程的速率常数，感染细胞以速率αR(t)死亡并以速率ρR(t)N(t)被免疫细胞本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于群体感应的反馈控制方法，其特征在于，所述反馈控制方法包括以下步骤：基于群体感应系统，构建群体感应模型；根据所述群体感应模型计算得到所述群体感应模型的平衡点；根据所述平衡点通过预设稳定性判据判定所述群体感应模型的稳定性，得到第一稳定区间；基于所述平衡点设计反馈控制器，将所述反馈控制器添加到所述群体感应模型中，得到受控群体感应模型；根据所述平衡点通过预设稳定性判据判定所述受控群体感应模型的稳定性，得到第二稳定区间；根据所述第二稳定区间设置所述反馈控制器的参数，使所述第二稳定区间大于所述第一稳定区间，以实现群体感应系统的反馈控制，基于群体感应系统的反馈控制来控制细胞的生命活动。2.根据权利要求1所述的反馈控制方法，其特征在于，所述群体感应模型为：其中，V(t)、R(t)和N(t)分别表示易感宿主细胞，感染细胞以及免疫细胞的数量，参数λ、a、b、c、d、β、ρ均为正常数，其中，常数λ为未感染细胞从前组织中的产生率，未感染细胞以速率dV(t)死亡，并以速率βV(t)R(t)变为感染细胞，β是描述感染过程的速率常数，感染细胞以速率αR(t)死亡并以速率ρR(t)N(t)被免疫细胞杀死，免疫细胞以速率bN(t)死亡，免疫细胞的产生需要一段时间τ，即t时刻的免疫细胞的量依赖于t
‑
τ时刻的量。3.根据权利要求1所述的反馈控制方法，其特征在于，所述根据所述平衡点通过预设稳定性判据判定所述群体感应模型的稳定性，得到第一稳定区间的步骤包括：通过所述群体感应模型计算得到所述群体感应模型的平衡点通过劳斯稳定性判据，计算得到所述群体感应模型在所述平衡点处的临界稳定时滞条件τ＝τ0；根据所述临界稳定时滞条件得到所述第一稳定区间(0,τ0)。4.根据权利要求1所述的反馈控制方法，其特征在于，所述反馈控制器为一个三维控制器，将所述反馈控制器添加到所述群体感应模型中，得到受控群体感应模型为：其中，A、B和C为反馈控制器的增益，调整反馈控制器增益A、B和C，使得所述受控群体感
应模型的第二稳定区间(0,τ1)大于所述群体感应模型(1)的稳定区间(0,τ0)。5.根据权利要求1所述的反馈控制方法，其特征在于，所述群体感应模型中存在时滞。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄书贤，刘峰，吴中天，胡乐，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：发明
国别省市：