发酵过程中溶解氧的稳定控制方法、系统以及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施方式公开了一种发酵过程中溶解氧的稳定控制方法、系统以及装置，发酵过程中溶解氧的稳定控制方法包括以下步骤：获取溶解氧测量值Do_PV和罐压测量值P_PV；根据溶解氧目标值Do_SP与所述溶解氧测量值Do_PV的偏差

【技术实现步骤摘要】
发酵过程中溶解氧的稳定控制方法、系统以及装置


[0001]本专利技术涉及过程控制
，特别是一种发酵过程中溶解氧的稳定控制方法、系统以及装置。

技术介绍

[0002]溶氧是发酵过程最重要的参数之一，溶氧的大小对菌体生长和产物的形成及产量都会产生不同的影响。并且，在发酵的不同阶段值，发酵微生物氧气需求量变化明显，并且很难确定。现有技术中，一般通过调整进气量来调整溶氧量。但是这种方式控制质量不好，稳定性不高，超调大，容易发生震荡。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术实施方式提出了一种发酵过程中溶解氧的稳定控制方法、系统以及装置，用于至少部分地解决上述技术问题。
[0004]第一方面，本申请实施方式提供了一种发酵过程中溶解氧的稳定控制方法，包括以下步骤：
[0005]获取溶解氧测量值Do_PV和罐压测量值P_PV；
[0006]根据溶解氧目标值Do_SP与所述溶解氧测量值Do_PV的偏差
△
Do基于PID算法计算初始进气控制量U1_Do；
[0007]根据罐压目标值P_SP与所述罐压测量值P_PV的偏差
△
P基于PID算法计算初始排气控制量U1_P；
[0008]对所述初始进气控制量U1_Do和所述初始排气控制量U1_P进行解耦处理以消除进气量与罐压、排气量与溶氧量之间的耦合关系，得到实际进气控制量U2_Do和实际排气控制量U2_P；
[0009]基于所述实际进气控制量U2_Do控制进气阀门的开度F
l
，基于所述实际排气控制量U2_P控制排气阀门的开度M
V
。
[0010]在一种实施方式中，还包括以下步骤：
[0011]根据所述初始进气控制量U1_Do基于预设规则计算搅拌器的搅拌速度F
r
。
[0012]在一种实施方式中，所述预设规则表示为:
[0013][0014]其中，K
STIR
为预设搅拌参数，F
r_max
为搅拌器的搅拌速度上限，F
r_min
为搅拌器的搅拌速度下限，F
pump_min
为用于驱动搅拌器的搅拌泵的泵速下限。
[0015]在一种实施方式中，对所述初始进气控制量U1_Do和所述初始排气控制量U1_P进行解耦处理以消除进气量与罐压、排气量与溶氧量之间的耦合关系，得到实际进气控制量U2_Do和实际排气控制量U2_P的步骤进一步包括：
[0016]计算解耦系数K11,K21,K12,K22；
[0017]基于所述解耦系数对所述初始进气控制量U1_Do和所述初始排气控制量U1_P进行处理，得到实际进气控制量U2_Do和实际排气控制量U2_P，其中，
[0018]所述实际进气控制量U2_Do表示为：
[0019]U2_Do＝U1_Do
×
K11+U1_P
×
K12
[0020]所述实际排气控制量U2_P表示为:
[0021]U2_P＝U1_Do
×
K21+U1_P
×
K22。
[0022]在一种实施方式中，所述发酵过程中溶解氧的稳定控制方法还包括以下步骤：
[0023]建立以溶氧量Do和罐压P为被控变量、以进气阀门开度F
l
和排气阀门开度M
V
为控制量的二输入二输出的传递函数模型：
[0024][0025]其中，为传递函数阵G
S
；
[0026]对所述传递函数阵G
S
进行静态解耦，得到解耦系数矩阵K
S
，
[0027]在一种实施方式中，使用单位矩阵法对所述传递函数矩阵G
S
进行静态解耦。
[0028]在一种实施方式中，建立以溶氧量Do和罐压P为被控变量、以进气阀门开度F
l
和排气阀门开度M
V
为控制量的二输入二输出的传递函数模型的步骤包括以下步骤：
[0029]建立发酵过程的溶氧量
‑
压力控制模型：
[0030][0031]对所述溶氧量
‑
压力控制模型各要素之间的关联性进行分析，剥离不具有关联性的要素G
23
，得到优化模型：
[0032][0033]对所述优化模型进行分解，得到一个耦合的二输入二输出模型和一个单输入单输出模型，其中，
[0034]所述耦合的二输入二输出模型为以溶氧量Do和罐压P为被控变量、以进气阀门开度F
l
和排气阀门开度M
V
为控制量的二输入二输出的传递函数模型，其表示为：
[0035][0036]所述单输入单输出模型表示为：
[0037]Do＝G
13
×
F
r
。
[0038]在一种实施方式中，还包括以下步骤：
[0039]根据所述解耦系数矩阵K(S)，对PID算法的参数进行整定。
[0040]第二方面，本申请提供了一种发酵过程中溶解氧的稳定控制系统，包括：
[0041]溶解氧传感器，用以获取溶解氧测量值Do_PV；
[0042]压力传感器，用以获取罐压测量值P_PV；
[0043]溶解氧PID控制器，与所述溶解氧传感器的输出端连接，其根据溶解氧目标值Do_
SP与所述溶解氧测量值Do_PV的偏差
△
Do基于PID算法计算初始进气控制量U1_Do；
[0044]罐压PID控制器，与所述压力传感器的输出端连接，其根据罐压目标值P_SP与所述罐压测量值P_PV的偏差
△
P基于PID算法计算初始排气控制量U1_P；
[0045]解耦控制器，分别与所述溶解氧PID控制器、所述罐压PID控制器的输出端连接，其对所述初始进气控制量U1_Do和所述初始排气控制量U1_P进行解耦处理以消除进气量与罐压、排气量与溶氧量之间的耦合关系，得到实际进气控制量U2_Do和实际排气控制量U2_P；
[0046]控制单元，与所述解耦控制器的输出端连接，其基于所述实际进气控制量U2_Do控制进气阀门的开度F
l
，基于所述实际排气控制量U2_P控制排气阀门的开度M
V
。
[0047]第三方面，本申请提供了一种，包括：
[0048]获取模块，用以获取溶解氧测量值Do_PV和罐压测量值P_PV；
[0049]第一PID模块，用以根据溶解氧目标值Do_SP与所述溶解氧测量值Do_PV的偏差
△
Do基于PID算法计算初始进气控制量U1_Do；
[0050]第二PID模块，用以根据罐压目标值P_SP与所述罐压测量值P_PV的偏差
△
P基于PID算法计算初始排气控制量U1_P：
[0051]解本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发酵过程中溶解氧的稳定控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取溶解氧测量值Do_PV和罐压测量值P_PV；根据溶解氧目标值Do_SP与所述溶解氧测量值Do_PV的偏差
△
Do基于PID算法计算初始进气控制量U1_Do；根据罐压目标值P_SP与所述罐压测量值P_PV的偏差
△
P基于PID算法计算初始排气控制量U1_P；对所述初始进气控制量U1_Do和所述初始排气控制量U1_P进行解耦处理以消除进气量与罐压、排气量与溶氧量之间的耦合关系，得到实际进气控制量U2_Do和实际排气控制量U2_P；基于所述实际进气控制量U2_Do控制进气阀门的开度F
l
，基于所述实际排气控制量U2_P控制排气阀门的开度M
V
。2.如权利要求1所述的发酵过程中溶解氧的稳定控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：根据所述初始进气控制量U1_Do基于预设规则计算搅拌器的搅拌速度F
r
。3.如权利要求2所述的发酵过程中溶解氧的稳定控制方法，其特征在于，所述预设规则表示为:其中，K
STIR
为预设搅拌参数，F
r_max
为搅拌器的搅拌速度上限，F
r_min
为搅拌器的搅拌速度下限，F
pump_min
为用于驱动搅拌器的搅拌泵的泵速下限。4.如权利要求3所述的发酵过程中溶解氧的稳定控制方法，其特征在于，对所述初始进气控制量U1_Do和所述初始排气控制量U1_P进行解耦处理以消除进气量与罐压、排气量与溶氧量之间的耦合关系，得到实际进气控制量U2_Do和实际排气控制量U2_P的步骤进一步包括：计算解耦系数K11,K21,K12,K22；基于所述解耦系数对所述初始进气控制量U1_Do和所述初始排气控制量U1_P进行处理，得到实际进气控制量U2_Do和实际排气控制量U2_P，其中，所述实际进气控制量U2_Do表示为：U2_Do＝U1_Do
×
K11+U1_P
×
K12所述实际排气控制量U2_P表示为:U2_P＝U1_Do
×
K21+U1_P
×
K22。5.如权利要求4所述的发酵过程中溶解氧的稳定控制方法，其特征在于，所述发酵过程中溶解氧的稳定控制方法还包括以下步骤：建立以溶氧量Do和罐压P为被控变量、以进气阀门开度F
l
和排气阀门开度M
V
为控制量的二输入二输出的传递函数模型：其中，为传递函数阵G
S
；
对所述传递函数阵G
S
进行静态解耦，得到解耦系数矩阵K
S
，6.如权利要求5所述的发酵过程中溶解氧的稳定控制方法，其特征在于，使用单位矩阵法对所述传递函数矩阵G
S
进行静态解耦。7.如权利要求6所述的发酵过程中溶解氧的稳定控制方法，其特征在于，建立以溶氧量Do和罐压P为被控变量、以进气阀门开度F

【专利技术属性】
技术研发人员：张君，
申请(专利权)人：西门子中国有限公司，
类型：发明
国别省市：