微生物间歇发酵中酶催化非线性时滞动力系统的最优控制
[Abstract]:In this paper, the microbial (Klebsiella pneumoniae) was used to produce 1,3-propanediol (1,3-propanediol) by glycerin disproportion as the background of the batch fermentation of 1,3-propanediol. An enzyme-catalyzed nonlinear time-delay dynamical system and its corresponding optimal control model are considered, and the optimal control parameter solution is obtained. The results of this study are beneficial to the study of optimal control theory and optimization algorithm and delay differential equation on the one hand, and on the other hand, provide some theoretical reference for the realization of large-scale production of 1,3-PD. The main contents of this paper are summarized as follows: 1. On the basis of the kinetic model of microbial batch fermentation, under the assumption that glycerol and the transmembrane transport mode of 1,3-PD are the combination of active and passive transport, time delay is added to the concentration of biomass, and the transmembrane transport mode of glycerol and 1,3-PD is the combination of active and passive transport. The corresponding enzyme-catalyzed nonlinear time-delay dynamical system was established. Some basic properties of the solution of the system, including the existence and uniqueness of the solution, the uniformly boundedness and the continuity of the solution, are discussed by using the theory of ordinary differential equation and optimal control. For the studied nonlinear time-delay system, the optimal control model is constructed to describe the time-delay system, taking the production intensity at the end point of 1,3-PD as the performance index, the initial concentration of glycerol, microorganism and terminal time as the control parameters, and the optimal control model for the time-delay system is constructed. The existence of optimal control is proved. 3. In order to find the optimal solution of the optimal control model, an improved Nelder-Mead algorithm is constructed by using the control transcription technique and the continuous state processing technique, and the optimal solution is obtained. The optimal numerical results show that the yield of 3-PD at the terminal time can be significantly improved under the optimal control, which provides some theoretical guidance for the optimal control of the batch fermentation process of 1-3-PD.
【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】:O232
【共引文献】
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本文编号:2438397
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