[发明专利]一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置和方法

权利要求书

1.一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置，其特征在于：包括质量流量计（1）、气动调节阀（2）、PLC控制器（3）和上位机（4），发酵罐（5）内的微生物数量随时间呈现线性、指数、对数中的一种或几种组合增长方式，营养液通过管道向发酵罐（5）中的微生物补料，质量流量计（1）测量管道中营养液的瞬时流速，质量流量计（1）将测得的瞬时流速PV传送至PLC控制器（3），上位机（4）根据发酵罐（5）内的微生物数量随时间的增长方式设置设定流速SV，上位机（4）将设定流速SV传输给PLC控制器（3），PLC控制器（3）调节气动调节阀（2）的打开比例，使得瞬时流速PV接近设定流速SV。

2.采用权利要求1所述的一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置的补料方法，其特征在于：补料方法包括如下步骤：

S1、上位机（4）根据微生物数量随时间的增长方式获取设定流速SV；

S2、PLC控制器（3）获取设定流速SV和瞬时流速PV，PLC控制器（3）通过PID算法得到气动调节阀（2）的打开比例，使得营养液通过管道向发酵罐（5）中的微生物补料。

3.根据权利要求2所述的一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置的补料方法，其特征在于：PLC控制器（3）通过PID算法得到气动调节阀（2）的打开比例为：

公式1

公式1中：u(t)为气动调节阀（2）的打开比例；K_p为比例增益，是调适参数；K_i为积分增益，是调适参数；K_d为微分增益，是调适参数；t为目前时间；e(t) = 设定流速SV-瞬时流速PV。

4.根据权利要求3所述的一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置的补料方法，其特征在于：微生物数量随时间呈线性增长方式时，设定流速SV为：

公式2

公式2中：y为设定流速SV；x是时间变量，x为发酵的计时时间；x₁为单个发酵周期的开始设定时间；x₂为单个发酵周期的发酵结束设定时间；y₁为单个发酵周期的补料流速的起始点设定值，y₂为单个发酵周期的补料流速的结束点设定值。

5.根据权利要求3所述的一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置的补料方法，其特征在于：微生物数量随时间呈指数增长方式时，设定流速SV为：

公式3

公式3中：y为设定流速SV；x是时间变量，x为发酵的计时时间；x₁为单个发酵周期的开始设定时间；x₂为单个发酵周期的发酵结束设定时间；y₁为单个发酵周期的补料流速的起始点设定值，y₂为单个发酵周期的补料流速的结束点设定值。

6.根据权利要求一种线性、指数、对数运算自由组合的补料装置的补料方法，其特征在于：微生物数量随时间呈对数增长方式时，设定流速SV为：

公式4

公式4中：y为设定流速SV；x是时间变量，x为发酵的计时时间；x₁为单个发酵周期的开始设定时间；x₂为单个发酵周期的发酵结束设定时间；y₁为单个发酵周期的补料流速的起始点设定值，y₂为单个发酵周期的补料流速的结束点设定值。