受控生態(tài)生保系統(tǒng)光藻反應(yīng)器的建模與優(yōu)化仿真研究.pdf

1、受控生態(tài)生保系統(tǒng)（Controlled Ecological Life Support System, CELSS）是在有限的密閉空間中通過實(shí)現(xiàn)物質(zhì)與能量的循環(huán)，為宇航員的生命活動(dòng)提供物質(zhì)保障。微藻含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，且具有高效吸收二氧化碳產(chǎn)生氧氣、生長(zhǎng)迅速易控制的優(yōu)點(diǎn)，因而可以在CELSS通過光藻反應(yīng)器（Light Algae Bioreactor, LABR）培養(yǎng)微藻來吸收CO2，為航天員提供食物和氧氣。由于空間環(huán)境的特殊性，在地面

2、進(jìn)行空間環(huán)境微藻培養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)研究存在很大的難度，因此對(duì)受控生態(tài)生保系統(tǒng)中光藻反應(yīng)器的建模與優(yōu)化仿真研究具有十分重要的意義。
　　首先，本文以容積為10L的平板式LABR為研究對(duì)象，通過分析光強(qiáng)、溫度、營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、液相溶氧以及pH值與微藻生長(zhǎng)過程的關(guān)系，使用MATLAB/simulink軟件建立了LABR系統(tǒng)的數(shù)學(xué)仿真模型，并將仿真結(jié)果與現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型的可行性。
　　然后，在所建模型的基礎(chǔ)上，分別以階躍和方波信

3、號(hào)作為螺旋藻生物量的參考值，采用PID控制器和模糊控制器對(duì)LABR系統(tǒng)進(jìn)行控制和優(yōu)化；通過分析LABR內(nèi)螺旋藻生物量以及主要影響因素的仿真結(jié)果，比較這兩種控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　最后，從航天員需求營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成分的角度來看，篩選了兩種微藻在光藻反應(yīng)器中進(jìn)行混合培養(yǎng)，并建立了這兩種微藻混合培養(yǎng)的LABR數(shù)學(xué)仿真模型。根據(jù)光藻反應(yīng)器在受控生態(tài)生保系統(tǒng)中所起的作用，建立了“人——微藻”受控生態(tài)生保系統(tǒng)。
　　研究結(jié)果表明：在MATLA