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文檔簡介
1、抗生素生產(chǎn)主要通過微生物發(fā)酵(Fermentation)的途徑。高成本和高能耗是抗生素發(fā)酵生產(chǎn)的特征。因此,優(yōu)化抗生素發(fā)酵生產(chǎn)過程,對于降低抗生素生產(chǎn)成本,提高抗生素產(chǎn)量和質(zhì)量具有重要意義。 抗生素發(fā)酵過程具有復雜的演化特性,而細胞自動機具有表現(xiàn)復雜系統(tǒng)行為能力。本文基于細胞自動機(CellularAutomata,CA),建立抗生素發(fā)酵過程的演化模型,并基于這種模型,研究抗生素發(fā)酵過程的復雜演化行為和優(yōu)化控制策略,取得了如下研
2、究成果: (1)本文提出了一種基于微生物細胞生長機理和動力學微分方程模型的細胞自動機模型設計方法,簡稱FCADS方法。FCADS方法基于微生物細胞分批培養(yǎng)生長機理和微生物細胞分批培養(yǎng)生長動力學微分方程模型,設計細胞自動機模型的隨機演化規(guī)則,從而構(gòu)造出微生物分批培養(yǎng)過程的概率CA模型。理論分析證明:基于FCADS方法設計的細胞自動機模型等價于一個可用隨機差分方程描述的隨機過程,該隨機過程以原動力學微分方程為期望函數(shù),表明細胞自動機
3、模型和原動力學微分方程模型在統(tǒng)計意義上是一致的。FCADS方法為抗生素發(fā)酵過程的CA模型設計奠定了基礎。 (2)基于FCADS方法,本文結(jié)合青霉素分批發(fā)酵過程產(chǎn)生菌生長機理和生長動力學微分方程模型,設計青霉素分批發(fā)酵過程CA模型隨機演化規(guī)則,從而構(gòu)造出青霉素分批發(fā)酵過程菌體生長的可視化概率CA模型,簡稱CABGM;結(jié)合青霉素分批補料發(fā)酵過程產(chǎn)生菌生長機理和Paul形態(tài)學結(jié)構(gòu)動力學模型,設計青霉素分批補料發(fā)酵過程CA模型隨機演化規(guī)
4、則,建立了模擬青霉素分批補料發(fā)酵過程的可視化概率CA模型,簡稱CAPFM。CABGM和CAPFM分別模擬了分批和分批補料兩種青霉素發(fā)酵過程。仿真實驗表明,CABGM能一致地復現(xiàn)動力學微分方程模型所描述的青霉素菌體生長過程,而CAPFM能一致地復現(xiàn)形態(tài)學結(jié)構(gòu)動力學模型所描述的青霉素分批補料發(fā)酵過程。CAPFM為青霉素發(fā)酵過程的優(yōu)化控制策略研究奠定了基礎。 (3)本文針對青霉素分批補料發(fā)酵過程優(yōu)化控制問題,以模擬青霉素分批補料發(fā)酵過
5、程細胞自動機模型CAPFM的研究工作為基礎,提出了一種基于CAPFM的青霉素分批補料發(fā)酵過程優(yōu)化控制策略設計方法,簡稱FCSDS方法。FCSDS方法通過理論分析,將青霉素分批補料發(fā)酵過程細胞自動機模型CAPFM等價并轉(zhuǎn)化為一個馬爾可夫過程,基于馬爾可夫決策過程MDP的設計思想,構(gòu)造了CAPFM迭代優(yōu)化控制策略ROCS。本文基于CAPFM和ROCS設計了青霉素分批補料發(fā)酵過程迭代優(yōu)化控制的模擬仿真系統(tǒng),并進行了較為充分的仿真實驗,仿真實驗
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