一种发酵生产过程控制方法及应用

摘要

本发明公开了一种发酵生产过程控制方法，包括：先通过离线解析和数值优化计算确定最优状态的数值解、最优补料曲线的实际表达式，再以确定的最优状态的数值解为目标值，采用通用模型控制算法，建立实际发酵生产过程的反馈控制回路，根据状态变量偏离最优值的反馈量来实时调节补料速率，实现对状态变量最优值的实时跟踪，保证发酵生产过程中产量最大化。本发明还公开了所述控制方法在酿酒酵母酶的发酵生产过程中的应用。本发明控制方法可降低生产过程中的不确定因素对性能指标的影响；不需对过程模型进行在线修正及在线梯度计算，避免了重复优化在线计算量大、需要持续激励等缺陷；被控变量物理意义明确，控制器参数易于调节，适合实际的生产过程。

主权项

一种发酵生产过程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)以发酵生产过程中产量最大化为目标，从离线发酵过程模型解析得到离线发酵生产过程中的最优补料曲线的解析表达式；所述的从离线发酵过程模型解析得到发酵生产过程中的最优补料曲线的解析表达式，是基于极大值原理，利用最优性必要条件，对离线发酵过程模型求解实现的；以发酵生产过程中产量最大化为目标，从离线发酵过程模型计算得到离线发酵生产过程中的最优补料曲线的数值解和最优状态变量的数值解；所述的从离线发酵过程模型计算得到离线发酵生产过程中的最优补料曲线的数值解和最优状态变量的数值解，包括以下步骤：将补料速率离散化，利用离线发酵过程模型的最优性必要条件，采用数值优化方法求解离散后补料速率的非线性规划问题，得到离线发酵生产过程中的最优补料曲线的数值解和最优状态变量的数值解；将离线发酵生产过程中的最优补料曲线的解析表达式与数值解相结合，确定离线发酵生产过程中的最优补料曲线的实际表达式；(2)将步骤(1)计算出的最优状态变量作为目标值，采用通用模型控制算法，建立实际发酵生产过程的反馈控制回路，在状态变量偏离最优值时，通过实时调节补料速率，使得状态变量趋近于最优值，从而通过对状态变量最优值的实时跟踪来实现发酵生产过程中产量最大化。