人工免疫在生物發(fā)酵過程溫度控制中的應(yīng)用研究.pdf

1、生物免疫系統(tǒng)具有多樣性、分布性、免疫記憶性、魯棒自適應(yīng)性等特性，近年來正受到越來越多的關(guān)注，并逐漸成為繼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和進(jìn)化算法之后的生物信息系統(tǒng)研究的又一熱點(diǎn)。本文將免疫概念引入生物發(fā)酵溫度自動(dòng)控制領(lǐng)域，提出了基于免疫的控制策略。本文的具體內(nèi)容如下： 1．課題簡(jiǎn)介分析了生物發(fā)酵過程的特點(diǎn)，著重闡述了現(xiàn)今發(fā)酵控制方案控制效果不理想的原因； 回顧了免疫的發(fā)展簡(jiǎn)史，簡(jiǎn)單介紹了免疫系統(tǒng)的術(shù)語、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)功能，并總結(jié)了人工免疫工程

2、在各個(gè)研究領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。 2．免疫PID 控制器借鑒生物免疫響應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制提出了免疫PID 控制器。在免疫響應(yīng)過程中，T 細(xì)胞在不同免疫響應(yīng)階段具有免疫促進(jìn)和免疫抑制兩種不同的作用，在類比控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)過程和免疫響應(yīng)過程的基礎(chǔ)上，得到P 型免疫控制器的典型結(jié)構(gòu)，再結(jié)合常規(guī)PID 控制器，提出了免疫PID 控制器的設(shè)計(jì)方法。詳細(xì)研究了免疫PID 控制器各參數(shù)的作用，并設(shè)計(jì)了具體的誤差參考函數(shù)來對(duì)不同控制參數(shù)下的控制性能進(jìn)行衡量，

3、比較了各種控制算法的優(yōu)劣性。同時(shí)與常規(guī)PID 控制算法進(jìn)行對(duì)比，仿真研究表明，免疫PID 控制器具有較快的響應(yīng)速度和較小的超調(diào)，在系統(tǒng)發(fā)生外部擾動(dòng)和模型參數(shù)變化時(shí)也能獲得較滿意的控制效果。 3．溫度控制系統(tǒng)分析了FG-3000 控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，詳細(xì)介紹了溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、控制方案，并根據(jù)階躍響應(yīng)數(shù)據(jù)，將過程模型確定為一階積分滯后對(duì)象，把測(cè)試數(shù)據(jù)和該模型進(jìn)行擬合，在擬合誤差最小的情況下，求得溫控模型。同時(shí)，把免疫PID 控制

4、算法應(yīng)用到該系統(tǒng)中，取得快速、精確、穩(wěn)定的控制效果，相比于常規(guī)PID 控制算法，具有較快的響應(yīng)速度，較小的超調(diào)。 4．利用免疫算法對(duì)生物發(fā)酵的溫度進(jìn)行自動(dòng)控制根據(jù)生物發(fā)酵的過程、工藝曲線、工藝控制以及國(guó)內(nèi)啤酒生產(chǎn)發(fā)酵過程的自動(dòng)控制現(xiàn)狀，分析了啤酒發(fā)酵控制算法的特性，在此基礎(chǔ)上提出了免疫PID-PI 串級(jí)控制算法。 仿真研究表明，免疫PID-PI 串級(jí)控制器能夠滿足發(fā)酵工藝控制的嚴(yán)格要求，與常規(guī)PID控制器比較，有較好的系