多阶段间歇发酵过程的最优控制求解

发布时间：2017-10-25 19:09

  本文关键词：多阶段间歇发酵过程的最优控制求解

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【摘要】：本文以微生物(肺炎克雷伯氏菌)进行甘油歧化方式生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的间歇发酵过程作为背景展开研究,根据发酵过程中微生物增长多阶段的特性,基于两种微生物间歇发酵的数学模型,着重研究了如何使产物1,3-PD产率最大的最优控制问题.通过编程计算得到的结果与实际实验数据做对比.可以更准确地对已知的数学模型、优化算法进行评估和改进,同时也为1,3-丙二醇的工业化生产提供了理论参考.因此该项研究具有一定的理论意义和实际价值.本文的主要内容和研究成果概括如下：1.基于甘油间歇发酵产生1,3-PD的动力学模型,主要考虑如何控制微生物以及甘油的初始浓度,使得最终得到的1,3-PD产率最高.对该最优控制问题,通过时间变换技巧和局部光滑化将其转化为一系列逼近问题,并且证明了两者的等价性.2.传统的基于梯度的优化算法方法在求解该类最优控制问题时,需要求解状态和协态方程组,所得到的解也仅仅是一个局部最优解.本文采用了梯度法与粒子群算法相结合的方式去求解,而且得到的是全局意义下的最优解.3.对另一个两阶段的间歇发酵模型.根据该模型自身的特点.采用Nelder-Mead单纯形搜索法求解最优控制问题,并计算得到了1,3-丙二醇随时间的浓度变化情况.
【关键词】：非线性动力系统 间歇发酵 最优控制 粒子群优化算法
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP18;O232
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 1 绪论7-11
• 1.1 研究背景和意义7-8
• 1.2 微生物发酵研究状况8-10
• 1.2.1 微生物发酵概述8
• 1.2.2 微生物发酵国内外研究现状8-10
• 1.3 本文主要工作10-11
• 2 预备知识11-17
• 2.1 常微分方程的相关性质和结果11-12
• 2.2 微生物发酵过程的动力学模型12-14
• 2.3 粒子群优化算法14-17
• 3 用粒子群算法求解间歇发酵最优控制问题17-27
• 3.1 非线性动力系统的建立17-19
• 3.2 最优控制问题19-22
• 3.2.1 时间变换19-20
• 3.2.2 逼近问题20-22
• 3.3 修改的粒子群算法22-23
• 3.4 数值结果23-27
• 4 两阶段间歇发酵的最优控制27-31
• 4.1 两阶段非线性系统27-29
• 4.2 最优控制问题及算法29
• 4.3 数值结果29-31
• 结论与展望31-33
• 参考文献33-37
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况37-39
• 致谢39-41

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本文编号：1095094