基于模糊C均值聚類與集成高斯過程回歸的賴氨酸發(fā)酵過程軟測量建模與應(yīng)用.pdf

1、生物工程是20世紀(jì)70年代興起的一門綜合應(yīng)用學(xué)科，對人類社會的進(jìn)步起著至關(guān)重要的作用。生物發(fā)酵作為生物工程的一個分支，是一種利用微生物或活性離體酶的某些功能，為人類生產(chǎn)有用的生物產(chǎn)品的工程技術(shù)。生物發(fā)酵過程涉及生命體的生長繁殖過程，其內(nèi)在機理十分復(fù)雜，特別是一些關(guān)鍵生物參數(shù)（如基質(zhì)濃度、菌體濃度、產(chǎn)物濃度等）難以在線實時測量，嚴(yán)重影響了其自動化控制水平，成為制約生物發(fā)酵過程自動化水平的重要難題。本文以氨基酸類典型菌種賴氨酸發(fā)酵過程為研究

2、對象，在分析賴氨酸發(fā)酵過程特性與機理的基礎(chǔ)上，提出了在線檢測基質(zhì)濃度、菌體濃度、產(chǎn)物濃度三個關(guān)鍵生物參數(shù)的模糊C均值聚類(FCM)-集成高斯過程回歸的軟測量模型。并以MATLAB與VC++開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，開發(fā)了賴氨酸發(fā)酵過程軟測量系統(tǒng)，并開展了初步試驗研究。本文主要研究工作總結(jié)如下:
　　(1)分析了賴氨酸發(fā)酵工藝原理，針對賴氨酸發(fā)酵過程分為延滯期、指數(shù)生長期、穩(wěn)定期、死亡期4個典型反應(yīng)周期的特點，采用FCM算法對賴氨酸發(fā)酵過程數(shù)

3、據(jù)進(jìn)行聚類分析，使發(fā)酵數(shù)據(jù)更客觀、有針對性、解釋性強，以此提高學(xué)習(xí)機的訓(xùn)練精度。
　　(2)針對賴氨酸發(fā)酵過程中的三個關(guān)鍵生物參數(shù)（菌體濃度、基質(zhì)濃度、產(chǎn)物濃度）難以在線測量的難題，本文提出基于FCM與集成高斯過程回歸軟測量模型。與此同時，分別建立高斯過程回歸軟測量模型、集成高斯過程回歸軟測量模型和基于FCM的高斯過程軟測量回歸模型與本文所提出的軟測量模型進(jìn)行對比研究，仿真結(jié)果顯示，基于FCM與集成高斯過程回歸軟測量模型預(yù)測精度高