生物發(fā)酵過程的微分幾何變結(jié)構(gòu)控制

本文首先建立了生物發(fā)酵過程的仿射非線性數(shù)學(xué)模型，然后采用微分幾何精確線性
化理論，把非線性系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成了一個線性系統(tǒng)，最后在此基礎(chǔ)上應(yīng)用非線性變結(jié)構(gòu)控制理論指數(shù)趨近律法進(jìn)行設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了一種較新的對發(fā)酵過程的控制。仿真結(jié)果表明，該控制系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)性能。
生物科學(xué)的迅速發(fā)展對微生物發(fā)酵過程的控制提出了越來越高的要求。由于發(fā)酵過程
是一個非常復(fù)雜的生化過程，其數(shù)學(xué)模型是一個多參數(shù)、時變、耦合的非線性系統(tǒng)，因此采用傳統(tǒng)的PID 控制、定值控制或近似線性化方法顯然很難取得良好的控制效果。近年來，隨著現(xiàn)代控制理論和計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，針對發(fā)酵過程的控制，國內(nèi)外學(xué)者提出了預(yù)測控制、遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)逆系統(tǒng)等許多有價值的方法。文獻(xiàn)[1]嘗試了微分幾何方法，但由于發(fā)酵過程模型的不確定性和參數(shù)的時變性使得其控制效果并不理想。
基于指數(shù)趨近律法的變結(jié)構(gòu)滑?？刂?，以其設(shè)計簡單、魯棒性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)有效地彌補(bǔ)了
微分幾何控制的不足。本文在采用微分幾何方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)精確線性化解耦的基礎(chǔ)上，利用非線性變結(jié)構(gòu)控制理論指數(shù)趨近律法進(jìn)行設(shè)計，從而既實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的非線性解耦控制，提高了系統(tǒng)的控制精度，又有效克服了微分幾何方法魯棒性差和過分依賴數(shù)學(xué)模型的缺點(diǎn)，提高了對發(fā)酵過程的控制能力。