Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов Советский патент 1986 года по МПК C12Q3/00 

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для управления периодическим процессом микробиологического синтеза, например, пенициллина.

Цель - повьшение выхода целевого продукта.

Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов содержит контур регулирования температуры с датчиком температуры, соединенным с исполнительными механизмами на линиях подачи охлаждающего и подогревающего агентов через регулятор тем пературы, ана-пизаторы концентрации микроорганизмов, субстрата и целевого продукта, блок определения управляющего воздействия, блок реализации адаптивной модели, вход последнего связан с анализаторами концентраций микроорганизмов и целевого продукта и датчиком тем пературы, а выход - с блоком определения управляющего воздействия, а также программный блок и последовательно соединенные блоки сравнения, умножения и сумматор, выход последнего подключен к регулятору температуры, при этом выходы блоков определения управляющего воздействия и программног подключены к входам блока сравнения вход блока умножения связан с блоком реализации адаптивной модели, а вход сумматора связан с программным блоком .

На чертеже представлена блок-схе- ма системы управления.

Система содержит контур регулирования температуры среды в ферментере 1, состоящий из датчика 2 температуры, соединенного с регулятором 3 температуры, выход последнего связан с исполнительными механизмами 4 и 5, установленньгми на линиях подачи охлаждающего и подогревающего агентов, и контур коррекции температуры среды, состоящий из анализаторов 6, 7 и 8 концентраций микроорганизмов, субстрата и целевого продукта соответственно, датчика 2 температуры, соединенных с блоком 9 реализации адаптивной модели, последовательно соединенных блока 10 сравнения, блока 11 умножения и су шатора 12, при этом вход блока 11 умножения связан с блоком 9 реализации адаптивной модели, блока 13 определения управляо

12276642

ющего воздействия, вход последнего связан с выходом блока 9 реализации адаптивной модели, а выход - с входом блока 10 сравнения, и программного

5 блока 14, связанного с входами блока 10 сравнения и сумматора 12, а выход последнего связан с исполнительными механизмами 4 и 5 через задающий вход регулятора 3 температуры.

10 Управление периодическим процессом реализуется следующим образом.

В ферментере 1 осуществляется процесс периодического культивирования микроорганизмов. В дискретные

15 моменты времени сигналы анализаторов 6, 7 и 8 соответственно концентраций микроорганизмов, субстрата и целевого продукта и датчика 2 температуры поступают на блок 9 реализации адап20 тивной модели, в котором проводится оценка состояния ферментационной среды и подстройка параметров адаптивной модели, связывающей динамику накопления целевого продукта, микро25 организмов и потребления субстрата с наблюдаемыми переменными процесса и температурой ферментационной среды. Информация из блока 9 адаптивной модели поступает на блок 13 опреде30 ления управляющего воздействия, ко- торьй вырабатывает сигнал коррекции температуры среды, соответствуилций текущим значениям переменных и параметров адаптивной модели. Сигнал

из блока 13 определения управляющего воздействия поступает на блок 10 сравнения, на другой вход последнего поступает сигнал U, из программного блока 14, соответствующий оптимальному для данного момента времени уровню температуры для типичной ферментащш. На выходе блока 10 сравнения сигнал IL сравниваемых

равен разности сигналов

и,о 14

1

В блоке 11 умножения сигнал U, умножается на весовой коэффициент К (), вычисляемый в блоке 9 адаптивной модели, который характеризует уровень несоответствия адаптивной модели реалг ному процессу в текущий момент времени (при полном соответствии ). Коэффициент вычисляется по следующему алгоритму

fif

/ V- V 2

S . . л X

л, л л

где X,S,P - оценки значений концентраций микроорганизмов, субстрата и целевого продукта соответственно, полученные при помощи алгоритмов фильт- рации;

X,S,P прогнозируемые при помощи адаптивной математической модели значения концентраций микроорганизмов, субстрата и целевого продукта соответственно.

Сигнал и,, из выхода блока 11 умножения (и„ Ки,д ) поступает на вход сумматора 12 сигналов, на второй вход последнего поступает сигнал из программного блока 14, соответствующий оптимальному для данного момента времени значению температуры типич6644

ной ферментации. На выходе сумматора 12 вырабатьшается сигнал U n U 4+Uii ,,, , который поступает на задающий вход регулятора 3 температуры. На выходе регулятора 3 вырабатьшается сигнал, соответствующий разности сигналов на задающем входе и на входе обратной связи по температуре, связанном с датчиком 2 температуры, изменяющий положение регулирующего органа 4 или 5 и, таким образом, температуру ферментационной среды,

Использование предлагаемой системы автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов позволяет увеличить по сравнению с прототипом выход цеевого продукта, в частности пенииллина, до 4,6%.

ВНИИПИ Заказ 2263/27 Тираж 490 Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4