一类非线性酶催化混杂系统的建模与优化

发布时间：2023-02-16 08:19

　　本文以甘油歧化微生物生产1,3-丙二醇(1,3-PD)为背景,针对代谢物质跨膜运输机理不清和缺少细胞内物质浓度的实验数据等问题,研究了一类非线性酶催化混杂系统的建模、系统辨识、参数灵敏度分析及优化.另外,针对带pH反馈的耦合批式流加发酵过程,研究了一类状态依赖的非线性切换混杂系统的建模及参数优化.主要工作可概括如下： 1.提出一类非线性酶催化混杂系统来描述多种跨膜运输方式下的间歇发酵过程,论述了系统及其解的一些基本性质.分别以跨膜运输方式和系统动力学参数为离散变量和连续变量,建立酶催化混杂系统的辨识模型.基于复形法和快速模拟退火算法构造两阶段优化算法,推断出1,3-丙二醇最有可能的跨膜运输方式. 2.证明了间歇酶催化系统参数灵敏度函数关于时间的连续性,将局部灵敏度分析法与蒙特卡罗法相结合,设计一个全局意义上的参数灵敏度分析方法.以灵敏度较高的参数为优化变量,建立酶催化混杂系统的参数辨识模型.依据约束泛函的一阶梯度构造模拟退火算法,对多组具体实验进行了数值计算和模拟. 3.建立对应于多种可能跨膜运输方式的连续发酵非线性酶催化混杂系统.由于缺少细胞内物质浓度的实验数据,为了考核混杂系统的可...

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外研究概况
        1.2.1 非线性混杂系统研究概况
        1.2.2 生物鲁棒性研究概况
        1.2.3 参数灵敏度分析研究概况
        1.2.4 微生物发酵生产1,3-丙二醇的数学研究概况
    1.3 本文的主要工作
2 预备知识
    2.1 符号说明
    2.2 甘油代谢过程的酶催化动力学模型
    2.3 常微分方程的定性理论
    2.4 混杂系统基础知识
        2.4.1 混杂系统的基本概念及模型描述
        2.4.2 混杂系统的参数灵敏度分析
    2.5 两种直接搜索方法
        2.5.1 复形法
        2.5.2 模拟退火算法
3 间歇发酵非线性酶催化混杂系统及系统辨识
    3.1 引言
    3.2 间歇发酵非线性酶催化混杂系统
        3.2.1 非线性酶催化混杂系统
        3.2.2 混杂系统及其解的性质
    3.3 系统辨识模型
    3.4 算法与数值结果
        3.4.1 两阶段算法
        3.4.2 数值结果
    3.5 小结
4 间歇发酵非线性酶催化混杂系统的参数灵敏度分析及优化
    4.1 引言
    4.2 参数灵敏度函数及其性质
    4.3 参数灵敏度分析及算法
        4.3.1 参数灵敏度分析
        4.3.2 灵敏度分析算法
    4.4 参数辨识模型及算法
        4.4.1 参数辨识模型
        4.4.2 优化算法
    4.5 数值结果
    4.6 小结
5 连续发酵非线性酶催化混杂系统及系统辨识
    5.1 引言
    5.2 连续发酵非线性酶催化混杂系统
        5.2.1 非线性酶催化混杂系统
        5.2.2 混杂系统及其解的性质
    5.3 生物鲁棒性指标
    5.4 系统辨识模型
    5.5 算法与数值结果
        5.5.1 算法
        5.5.2 数值结果
    5.6 小结
6 批式流加非线性切换混杂系统及参数辨识
    6.1 引言
    6.2 耦合批式流加发酵非线性切换混杂系统
        6.2.1 非线性切换混杂系统
        6.2.2 切换混杂系统及其解的性质
    6.3 参数辨识模型
    6.4 参数灵敏度函数
    6.5 算法及数值结果
        6.5.1 优化算法
        6.5.2 数值结果
    6.6 小结
结论与展望
参考文献
论文创新点摘要
攻读博士学位期间学术论文完成情况
攻读博士学位期间参与的科研项目
致谢
作者简介



本文编号：3743868