[发明专利]一种基于软测量的微生物发酵过程管控系统

权利要求书

1.一种基于软测量的微生物发酵过程管控系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建发酵过程动力学模型：

输入量为营养物含量、诱导剂种类、金属离子含量、可逆抑制剂；输出量为pH值、溶氧量、二氧化碳含量、温度变化曲线、菌种活性曲线、菌种浓度曲线、底物浓度曲线；

发酵过程动力学模型的输入量与输出量根据历史数据进行登记与校对，并根据实际测量的pH值、溶氧量、二氧化碳含量、温度变化曲线，构建推导系统状态微分方程，基于推导系统状态微分方程的输入向量、输出向量各阶导数以及Jacobean矩阵，应用Interactor算法求取系统相对阶数，根据系统相对阶数与系统阶数的变化关系，在多变量亚纯函数域上，利用分析学中的隐函数定理，得到发酵过程动态逆系统；

S2、发酵过程动态逆系统的闭环控制：

采用积分器描述实时系统的动态行为，并采用离线训练实验提供训练实验数据样本，对发酵过程动态逆系统进行实时训练，同时根据校对记录构建向量机逆模型，将菌体浓度、底物浓度、蛋白酶活力关键参量通过采样测量得到的数据与训练后的发酵过程动态逆系统得到的软测量数据进行对比，以高菌体密度、高菌活性表达、低成本为约束条件，研究带约束的最优控制算法，实现对含有不可直接测量的关键参量发酵过程的闭环最优控制。

2.根据权利要求其所述的一种基于软测量的微生物发酵过程管控系统，其特征在于，通过软测量对不可直接测量的关键参数进行实时估值，并将实时估值与状态变化进行对比调整，通过控制器进行可直接测量数据的反馈运算，实现软测量系统对于不可直接测量的关键参数的实时控制。

3.根据权利要求其所述的一种基于软测量的微生物发酵过程管控系统，其特征在于，其中训练实验中的培养基的组成包括碳源、氮源、无机盐离子以及其他必须要有的添加物成分，发酵环境采用阶梯设置的方式，获得不同实验环境下的温度变化曲线、菌种活性曲线、菌种浓度曲线、底物浓度曲线。

4.根据权利要求其所述的一种基于软测量的微生物发酵过程管控系统，其特征在于，温度、菌种活性、菌种浓度以及底物浓度采用矢量记录的方式，其中实时数据与时间以及矢量方向相联系。

5.根据权利要求其所述的一种基于软测量的微生物发酵过程管控系统，其特征在于，采用工艺机理以及实验数据替代数学模型，构建非线性系统模型获得工艺过程中的软测量系统数据。

6.根据权利要求其所述的一种基于软测量的微生物发酵过程管控系统，其特征在于，构建菌种生长曲线、底物消耗曲线和发酵产物生成曲线的关系，通过工艺机理获得相互之间的运动模型，从而获得微生物的实时可能活性参数以及未来可预计活性能力。

7.如权利要求1-6中任一权利要求所述的一种基于软测量的微生物发酵过程管控系统的应用，其特征在于，该发酵过程管控系统应用于酒精、甘油、丙酮的生产控制中。

8.如权利要求7所述的一种基于软测量的微生物发酵过程管控系统的应用，其特征在于，发酵规模为50-200立方米单次，发酵装置包括桨叶-挡板混合搅拌装置。