微生物间歇发酵过程的分数阶时滞最优控制方法技术

本发明专利技术公开了微生物间歇发酵过程的分数阶时滞最优控制方法，包括以下步骤：步骤1：建立间歇发酵过程的分数阶时滞系统模型；步骤2：建立分数阶时滞最优控制模型；步骤3：对步骤2中建立的分数阶时滞最优控制模型，设计最优控制方法，从而实现对微生物间歇发酵生产的最优控制。本发明专利技术可以为微生物发酵过程的提供更精确的数学模型，为提高微生物发酵间歇过程的生产效率提供最优控制策略。从而，将会大大减少实际生产过程的成本，提高实际生产过程的经济效益。效益。

【技术实现步骤摘要】
微生物间歇发酵过程的分数阶时滞最优控制方法


[0001]本专利技术涉及微生物间歇发酵
，具体是微生物间歇发酵过程的分数阶时滞最优控制方法。

技术介绍

[0002]微生物发酵是指利用微生物，在适宜条件下，将原料经特定的代谢途径转化为人类所需要的产物过程。微生物发酵具有反应条件温和、操作简单和无污染等众多优点。目前,微生物发酵已被广泛应用到医药工业，食品工业，能源工业，化学工业等领域。微生物发酵过程是一个非常复杂的过程,因为它具有非线性、分数阶(微生物菌种具有记忆和遗传特性)和存在时滞(微生物菌种进行反应需要一定的生长时间)等特点。因而，研究发酵过程的最优控制将对高效生产起到至关重要的作用。综上，该专利技术不仅可以丰富和促进运筹学与控制论学科中相关理论与算法的研究，还可以为工业微生物发酵生产提供最优控制策略，带来可观的经济效益。
[0003]虽然整数阶时滞最优控制及分数阶最优控制问题在理论与算法方面均取得了一些重要成果，但是在微生物发酵生产过程中迫切需要研究一类分数阶时滞最优控制问题以提高发酵过程的经济效益。由于分数阶和时滞的同时存在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.微生物间歇发酵过程的分数阶时滞最优控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立间歇发酵过程的分数阶时滞系统模型；步骤2：建立分数阶时滞最优控制模型；步骤3：对步骤2中建立的分数阶时滞最优控制模型，设计最优控制方法，从而实现对微生物间歇发酵生产的最优控制。2.根据权利要求1所述的微生物间歇发酵过程的分数阶时滞最优控制方法，其特征在于，在步骤1中，建立间歇发酵过程的分数阶时滞系统模型，具体是：1.1对于微生物发酵的菌种，利用发酵过程机理建立如下形式：其中，t0是间歇发酵过程的开始时刻；x1(t)是微生物菌种浓度；μ是细胞的比生长速率；τ是过程时滞；是Caputo微分算子；是y(t)的一阶导数；是过程的稀释速率；u(t)是底物的注入速度；V0是发酵液的初始体积；r是一个比例常数；1.2对于微生物发酵的底物，建立如下形式模型：其中，x2(t)是底物浓度；C
s0
为底物的初始注入浓度；q2是底物消耗速率；1.3对于微生物发酵的目标产物，建立如下分数阶时滞微分方程模型：其中，x3(t)是目标产物的浓度；q3是产物比生成速率；1.4在微生物间歇发酵过程中，历史的菌种浓度、历史的底物浓度和历史的目标产物浓度分别是φ1(t)，φ2(t)和φ3(t)。3.根据权利要求2所述的微生物间歇发酵过程的分数阶时滞最优控制方法，其特征在于，在步骤2中，建立分数阶时滞最优控制模型，具体是：2.1选取底物注入速度u(t)为控制函数，给定控制函数的上下界是u
min
和u
max
；2.2选取控制目标J＝Ψ(x(t
f
))其中，t
f
是发酵过程的结束时刻；x(t
f
)是终端时刻的状态值，即菌种、底物和目标产物的在终端时刻的浓度值；2.3在整个间歇发酵过程[t0，t
f
]中，建立如下分数阶时滞最优控制模型：min J＝Ψ(x(t
f
))
u(t)∈[u
min
，u
max
]t∈[t0，t
f
]4.根据权利要求3所述的微生物间歇发酵过程的分数阶时滞最优控制方法，其特征在于，在步骤3中，设计分数阶时滞最优控制问题的最优控制方法，具体是：3.1将菌种、底物和目标产物所对应的分数阶时滞模型转化为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘重阳，宫召华，
申请(专利权)人：山东工商学院，
类型：发明
国别省市：