改进的微生物连续发酵动力系统及参数辨识-信阳师范学院学报.pdf

信阳师范学院学报：自然科学版 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｘｉｎｙａｎｇ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ 第２７卷　 第１期　 ２０１４年１月 Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ Ｖｏｌ．２７ Ｎｏ．１Ｊａｎ．２０１４ ＤＯＩ：１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．１００３⁃０９７２．２０１４．０１．００４ 改进的微生物连续发酵动力系统及参数辨识 １ａ∗ １ａ ２ａ ２ｂ １ｂ 王　 艳 ，李晓红 ，冯恩民 ，修志龙 ，王　 勇 （１．辽宁科技大学 ａ．理学院；ｂ．化工学院，辽宁鞍山１１４０５１； ２．大连理工大学 ａ．应用数学系；ｂ．环境生命学院，辽宁 大连 １１６０２４） 摘　 要：以微生物连续发酵生产１，３⁃丙二醇为背景，研究了非线性动力系统及其参数辨识问题． 首先根据 发酵过程的特征和动态行为，在底物甘油过量的条件下，考虑了细胞内甘油与１，３⁃ 丙二醇的浓度变化，改进了 描述微生物连续发酵过程的非线性动力系统，分析并论述了该非线性动力系统的主要性质；其次以平均相对误 差为性能指标，建立了参数辨识最优化模型，并用粒子群算法求解．计算结果表明，该模型适合描述主要产物 １，３⁃ 丙二醇的动态行为，但用来描述副产物的浓度变化率不够精确． 关键词：微生物发酵；非线性动力系统；参数辨识 中图分类号：Ｏ２２１．２　 　 文献标志码：Ａ　 　 文章编号：１００３⁃０９７２（２０１４）０１⁃００１２⁃０３ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｂｉａｌ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｉｔｓ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ １ａ∗ １ａ ２ａ ２ｂ １ｂ Ｗａｎｇ Ｙａｎ ，Ｌｉ Ｘｉａｏｈｏｎｇ ，Ｆｅｎｇ Ｅｎｍｉｎ ，Ｘｉｕ Ｚｈｉｌｏｎｇ ，Ｗａｎｇ Ｙｏｎｇ （１．ａ．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ；ｂ．Ｓｃｈｏｏｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ａｎｓｈａｎ １１４０５１，Ｃｈｉｎａ； ２． ａ． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ；ｂ． Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ １１６０２４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ １，３⁃ｐｒｏｐａｎｅｄｉｏｌ ｆｒｏｍ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｇｌｙｃｅｒｏｌ，ａ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｉｔｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ． Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｕｎｄｅｒ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ⁃ｅｘｃｅｓｓ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｙｓｔｅｍｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄｂｙ ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｉｎｔｒａ⁃ ｃｅｌｌｕｌａｒ ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓａｎｄ １，３⁃ｐｒｏｐａｎｅｄｉｏｌ． Ｔｈｅｎｔｈｅｍａｊｏｒｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆ