微生物發(fā)酵中的多階段非線性動(dòng)力系統(tǒng)及隨機(jī)噪聲的影響.pdf

1、本文以生物化工領(lǐng)域中的一個(gè)實(shí)際課題-甘油歧化生產(chǎn)1,3-丙二醇的間歇、連續(xù)及批式流加發(fā)酵一為背景，針對(duì)微生物發(fā)酵過(guò)程的動(dòng)態(tài)行為特征，研究一類非線性多階段動(dòng)力系統(tǒng)和非線性隨機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)與最優(yōu)控制，該項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、“973”和“863”等項(xiàng)目的資助，本文的工作不僅豐富了非線性動(dòng)力系統(tǒng)及其最優(yōu)控制的理論，而且為實(shí)現(xiàn)1,3-丙二醇的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)提供了參考.因此該項(xiàng)研究具有重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值.本文的主要工作可概括如下：<

2、br>　　 1.在甘油歧化生產(chǎn)1,3-丙二醇的間歇和批式流加發(fā)酵過(guò)程中，根據(jù)微生物生長(zhǎng)特點(diǎn)，整個(gè)發(fā)酵過(guò)程可分為發(fā)育期、生長(zhǎng)期和穩(wěn)定期三個(gè)階段，通過(guò)修正微生物比生長(zhǎng)速率函數(shù)，分別建立描述間歇和批式流加發(fā)酵的非線性多階段動(dòng)力系統(tǒng)，證明了系統(tǒng)解的存在唯一性，為了使所研究的模型能更準(zhǔn)確地描述實(shí)際過(guò)程，建立參數(shù)辨識(shí)模型，并根據(jù)模型的特點(diǎn)構(gòu)造改進(jìn)的區(qū)間分割優(yōu)化算法，計(jì)算出最優(yōu)參數(shù)值.數(shù)值結(jié)果表明，利用非線性多階段動(dòng)力系統(tǒng)求得的計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)

3、誤差較已有的模型有明顯的減小，該模型更適于描述間歇和批式流加發(fā)酵過(guò)程。
　　 2.將隨機(jī)非線性動(dòng)力系統(tǒng)應(yīng)用到生物化工領(lǐng)域，用其描述了間歇、連續(xù)發(fā)酵過(guò)程。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)內(nèi)在隨機(jī)性的強(qiáng)度進(jìn)行估計(jì)并建立以隨機(jī)微分方程為基礎(chǔ)的隨機(jī)模型.研究了隨機(jī)系統(tǒng)的解的存在唯一性、二階矩有界性和馬爾科夫性并進(jìn)行了數(shù)值模擬。
　　 3.針對(duì)具有實(shí)際背景的描述一定生物量的隨機(jī)微分模型，構(gòu)造了一個(gè)閉凸子集，并證明了該子集是隨機(jī)系統(tǒng)的生存集.以初始狀