[发明专利]一种基于差分进化算法的酵母培养在线自适应控制方法

摘要

本发明公开了一种基于差分进化算法的酵母培养在线自适应控制方法，属于生物技术领域。本发明方法以标准PID控制策略为基础，利用差分进化算法在线优化PID控制参数，并根据乙醇浓度的变化，自动调整底物流加速率，使发酵液中底物浓度维持在某一合适的范围内。本发明方法既避免了底物浓度过高引起Crabtree效应、积累大量乙醇、损伤细胞，也避免了底物浓度过低导致的细胞生长速率降低。采用本发明所述的控制方法，乙醇浓度能够稳定地控制在设定值附近，只在Ce_set±0.3g/L的小范围内波动，同时菌体也快速生长，发酵结束时菌体浓度能够比传统PID控制策略提高25％以上。

主权项

一种酵母培养在线自适应控制方法，其特征在于，所述方法是结合了差分进化算法、自回归移动平均模型与PID控制策略；所述方法包括如下步骤：步骤1：初始化，设定目标乙醇浓度Ce_set、初始底物流加速率F和PID控制的初始参数：比例系数k_p、积分系数k_i和微分系数k_d；步骤2：采集数据，采集酵母培养过程中乙醇浓度的设定值和检测值、底物流加速率、PID控制参数；步骤3：系统辨识，根据当前时刻以及前两个时刻的乙醇浓度偏差、前一时刻的底物流加速率及PID控制参数，预测后两个时刻的乙醇浓度；步骤4：优化PID控制参数，以最小化后两个时刻的乙醇浓度偏差为目标，利用差分进化算法在线优化PID控制参数；步骤5：优化底物流加速率，根据当前时刻的乙醇浓度偏差，利用优化后的PID控制参数计算底物流加速率。