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生物发酵温度控制策略的研究

作　者: 王润泽
导　师: 周颖
学　校: 河北工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 温度控制非线性模糊控制 Smith预估控制 FG-3000控制系统
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

生物发酵是一种复杂的生化过程,其中生物发酵中的温度控制对生物发酵工程影响至关重要。但是,生物发酵温度控制有很强的非线性、大滞后等因素,采用常规的控制算法很难达到令人满意的控制品质。本文以生物发酵罐为研究对象,着重研究了Smith预测控制,模糊控制对生物发酵温度控制的可行性及融合方法。本文的内容如下:1、课题简介通过对生物发酵中温度特点的概括,对如今发酵过程中温度控制效果不理想的原因进行了分析,总结了现如今生物发酵过程中的温度控制的现状。2、非线性模糊Smith控制器针对缺乏精确模型的生物发酵过程中温度的大滞后过程,传统的PID难以达到满意的控制效果。基于专家系统的模糊控制能对一些非线性、模型不是很精确的系统进行控制,在一定程度上能够克服大滞后给系统带来的不利影响,然而模糊控制对延迟时间较大的系统进行控制时容易产生振荡。针对生物发酵过程大滞后系统,采用非线性划分的模糊语言变量的模糊免疫自适应Smith控制方案,该方案中自适应Smith预估器能很大程度改善系统的控制品质,增强系统的鲁棒性和抗扰性,非线性划分的模糊语言变量的模糊免疫控制能提高系统的响应时间及其控制精度。利用Matlab软件进行仿真,结果表明非线性模糊免疫自适应Smith预估控制方式对于生物发酵过程中温度控制效果有明显的改进。3、温度控制系统介绍了FG-3000发酵设备的控制体系的组成,基本功能以及上下位机的控制特点。并通过发酵过程中温度处于稳态时的动态响应曲线,求的FG-3000在发酵时的温度控制模型。4、生物发酵温度控制实验将传统PID控制、Smith预估控制、非线性模糊免疫自适应Smith预估控制应用到发酵罐温度控制系统当中。仿真结果表明,非线性模糊免疫自适应Smith预估控制在生物发酵温度控制中具有较好的响应速度及较小的超调。

生物发酵温度控制策略的研究

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