基于嵌入式技術的微生物發(fā)酵罐控制系統(tǒng)研究及實現(xiàn).pdf

1、21世紀是科技的時代，隨著微生物技術的迅猛發(fā)展，與微生物技術相關的設備制造技術、微生物反應過程控制技術有了長足的進步。用于微生物反應過程的發(fā)酵罐，在生物、制藥及食品等方面都有著廣泛的應用。但目前我國發(fā)酵工業(yè)的控制技術還比較落后，工業(yè)生產(chǎn)中仍以人工控制為主，遠不能適應發(fā)酵工程趨向設備大型化、高效化和自動化的需求。 嵌入式系統(tǒng)是21世紀的科技新貴，被廣泛應用到工業(yè)控制系統(tǒng)、信息家電、通信設備、醫(yī)療儀器、軍事設備等眾多領域中，尤其是工

2、業(yè)控制領域。基于這種背景，本研究著力與基于嵌入式系統(tǒng)的微生物發(fā)酵罐控制系統(tǒng)研究，旨在改變我國發(fā)酵工業(yè)的控制技術落后的局面，提高其技術水平。 本文首先在微生物發(fā)酵原理、發(fā)酵罐控制系統(tǒng)原理研究的基礎上，針對發(fā)酵罐控制系統(tǒng)存在的問題、微生物生長影響因素等，提出了微生物發(fā)酵過程中溫度控制環(huán)的仿人模糊自適應PID控制方法，設計了相應的控制器。然后對微生物發(fā)酵過程DO控制環(huán)進行了分析，根據(jù)DO對微生物生長過程的影響以及微生物生長特點，提出了

3、三步法DO控制理論，即將整個發(fā)酵過程分為三個階段，第一階段采用改變壓縮空氣流量來控制DO，第二階段采用改變轉速來控制DO，第三階段采用O<,2>和N<,2>控制DO。 在理論分析的基礎上，設計了由溫度模塊、轉速模塊、PH模塊和DO模塊等構成的微生物發(fā)酵控制硬件系統(tǒng)方案；分別用Z-world公司的Dynamic C、EB500軟件和組態(tài)王軟件編制了由下位機、人機交互界面和上位機界面構成的發(fā)酵控制軟件系統(tǒng)。 使用MATLAB

4、工具對發(fā)酵過程的溫度控制環(huán)進行了數(shù)學建模、仿真和分析。理論分析和仿真模擬的結果表明，與傳統(tǒng)PID控制相比較，在同樣控制對象、同等控制條件下，采用本論文設計的仿人模糊自適應PID控制器進行控制，上升階段系統(tǒng)調節(jié)速度快了23％，下降階段調節(jié)速度快了50％，具有響應速度快、無超調的優(yōu)點，控制效果優(yōu)于傳統(tǒng)的PID控制。 將DO控制三步法理論應用到實際生產(chǎn)中，收集了相應的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，并使用MATLAB工具進行了分析研究。結果表明，在發(fā)酵初期