Система управления процессом культивирования микроорганизмов Советский патент 1990 года по МПК G05D27/00 

где g - весовые коэффициенты;

(DX), (v)nA (v)ifi ).

зад

- заданX ioiA X- iCiA Х щ ные номинальные значения; , - нижнее и верхнее регл /ментные значения концентраций остаточных углеводородов, фосфора, азота; fij - константы. С блока оптимизации сигналы коррекции поступают на сумматор 15. На другой вход сумматора 15 поступает сигнал управления Ujgyq, получаемый в блоке 11. В сумматоре происходит сложение этих сигналов с соответствующими удельными весами и вырабатывается общий сигнал управления U

и K,UKOPP+ К Побич где и . - общий сигнал управления;

и

и

корр

обУЧ

сигнал управления, получаемый локально-оптимизационной частью системы; сигнал управления, полу- чаемый обучающейся частью системы;

- удельные коэффициенты. В случае отказа обучающейся части

0.

К 2- I

Предложенная система может работать как в режиме советчика, так и в автоматическом режиме, для чего

ключ 12 ставится в необходимое положение .

Блок 13 идентификации определяет глобальный минимум критерия поиска , коэффициента модели

R g;(Xp;- )S

т.е. минимума суммы квадратов разностей расчетных экспериментальных значений выходных параметров процесса (концентрации биомассы, . морфофизиологических активных клеток,

концентрации остаточных компонентов питания - парафина, азота, фосфора, кислорода...). Определение глобального минимума блоков 13 идентификации позволяет использовать в блоке быст-

рой идентификации 16 быстрые алгоритмы вариационного исчисления для поиска минимума одноэкстремального критерия, например алгоритмы, основанные на методе минимума обобщенной работы.

Полученные коэффициенты модели поступают в блок J4 Оптимизации. С сумматора 15 сигналы управления по- ступают на пульт 5 управления, с которого сигнал поступает в коммутатор 18, переключающий контакты III (замыкаются) и IV (размыкаются).

Для ускорения идентификации перед сеансом коррекции работает блок 13 идентификации (многоэкстремальный).

контакты III блока 17 контактов нормально замкнуты, группа контактов IV нормально разомкнута. При поступлени с пульта 5 управления сигнала начала сеанса коррекции в коммутатор 18 срабатывает блок 17 контактов, контаты III размыкаются, а контакты группы IV замыкаются и начинает работать блок 16 быстрой идентификации (одноэкстремальный). Начальные условия для работы блока 16 (приближенные значения коэффициентов модели) поступают с блэка 13 через один из замкнувшихся контактов IV, а с блоков 2, 7, 10 поступают в блок 16 начальные условия по выходным параметрам процесса биосинтеза через остальные замкнувшиеся контакты группы IV, Работает блок 16 быстрой идентификации в течение 3-5 с - на каждый ферментер. И до начала следующего сеанса коррекции работает блок 13.

Таким образом, использование системы управления процессом культивирования микроорганизмов, дополнительно снабженной блоком быстрой идентификации параметров модели, блоком контактов и коммутатором за счет уменьшения времени запаздывания в каналах управления, позволяет увеличить эффективность коррекции (уменьшить минимизируемый критерий управления), т.е. продуктивность, выход биомассы DX увеличить на 5% с 2,6 до 2,73 г/л.ч и уменьшить стоимость системы, сократив тем самым срок окупаемости системы с 7 до 5 мес для Башкирского биохимического комбината, где будет внедрена система управления на 19 фермен- терах, и ийпользуется одна управляющая ЭВМ (и одна в резерве) вместо 19 ЭВМ.

Формула изобретения

Система управления процессом культивирования микроорганизмов, включающая последовательно соединенные ферментер, блок датчиков контролируемых параметров, пульт управления, блок суммирования и блок исполнительных механизмов, выход которого подключей к ферментеру, последовательно соединенные блок сканирующих микроскопов, вход которого подключен к ферментеру, вычислитель морфологических признаков культуры микроорганизмов.

20

25

г )о 1540

8578510

блок памяти, блок формирования сигналов коррекции, сумматор, ключ управления, первый выход которого соединен с.пультом управления, а второй - с блоком суммирования, а также блок начальных уставок управляемых пара- iметров, выход которого подключен к входу сумматора, устройство ввода данны;. химического анализа, вход которого соединен с ферментером, а первый выход - с пультом управления, B.Topopi выход - с входами блоков формирования сигналов коррекции и памяти, блок оптимизации, выход которого подключен к сумматору, и блок идентификации параметров модели, при этом входы блоков памяти, суммирования и формирования сигналов коррекции соединены с выходом блока датчиков контролируемых параметров, входы пульта управления и блока формирования сигналов коррекции подключены к выходу вычислителя морфологических признаков культуры микроорганизмов, вход блока памяти соединен с выходом пульта управления, второй выход блока памяти - с вторым входом вычислителя морфологических признаков культуры микроорганизмов, отличающаяся тем, что, с целью увеличения выхода биомассы и сокра- щения срока окупаемости системы, она дополнительно снабжена блоком быстрой идентификации параметров модели, блоком контактов и коммутатором, причем выход блока быстрой идентификации параметров модели соединен с блоком оптимизации, а входы его через нормально разомкнутые контакты блока контактов соединены с выходами блоков датчиков контролируемых параметров и идентификации параметров модели, устройства ввода данных хими- д5 ческого анализа и вычислителя морфо- . логич ских признаков культуры микроорганизмов, входы блока идентификации параметров модели через нормально замкнутые контакты блока контактов соединены с выходами блока датчиков контролируемых параметров, устройства ввода данных химического анализа и вычислителя морфологических признаков культуры микроорганизмов, вход коммутатора соединен с пультом управления, а выход коммутатора - с блоком-контактов.

30

35

50

5

Изобретение может быть использовано в производстве белково-витаминных концентратов, ферментов, антибиотиков. Цель изобретения состоит в увеличении выхода биомассы и сокращении срока окупаемости за счет уменьшения времени запаздывания в каналах управления и увеличения эффективности коррекции. Система дополнительно содержит подсистему быстрой идентификации параметров модели, включающую блок 16 быстрой идентификации параметров модели, блок 17 контактов, коммутатор 18. Выход блока 16 быстрой идентификации параметров модели соединен с блоком 14 оптимизации, а входы его через нормально разомкнутые контакты соединены с блоком 2 датчиков контролируемых параметров, устройством 7 ввода данных химического анализа и вычислителем 9 морфологических признаков. Другие выходы этих блоков через нормально замкнутые контакты подключены к блоку 13 идентификации, который через нормально разомкнутый контакт подключен к блоку 16 быстрой идентификации. Вход коммутатора 18 подключен к пульту 5 управления, а выход - к блоку 17 контактов. 1 ил.