预测-PID串级控制在发酵过程中的应用.pdfVIP

* 预测-PID 串级控制在发酵过程中的应用 （ 番禺职业技术学院 ,广东广州 511483） 叶 青、熊茂华 (中图分类号：TP273) 摘要：本文介绍一种用动态矩阵预测-PID 串级控制在抗生素发酵过程中的应用。阐明了系统的控制策略 和控制算法。系统具有良好的跟踪性和鲁棒性。 关键词：动态矩阵预测、PID 调节、串级控制 An application of PID cascade control in fermentative processing (Panyu Polytechnic ,Guangdong 511483, China) Ye qing, Xiong Mao-hua Abstract: An application of Dynamic Matrix Predictive Control (DMPC)－PID cascade control in antibiotic fermentative processing is introduced , the control strategy and the control algorithm of the system are discussed in this paper, The system possesses excellent tracking and a good ability of robust. Key Words: dynamic matrix predictive ; PID adjusting ; cascade control 1． 前言 发酵生产过程实质就是菌种的代谢过程，在菌种的代谢过程中，对温度、酸碱度（PH）、空气压力 和溶解氧很敏感。只有在菌种代谢的不同阶段满足菌种对温度、酸碱度（PH）、空气压力和溶解氧的不 同要求，才能保证促进菌种代谢的酶系统的活性。酶的活性对温度、酸碱度（PH）、空气压力和溶解氧 很敏感。在发酵过程中，主要控制参数是温度、酸碱度（PH）、空气压力和溶解氧。在这四个参数中， 温度是通过调节阀控制冷却水流量来控制，PH值是通过小流量调节阀控制通氨量来控制，发酵罐压是通 过调节阀来控制排气量而达到罐压的控制。温度和 PH 值这二个参数的控制均为具有时序功能的单环定值 调节系统，采用常规的 PID 调节就能达到令人满意的效果。在发酵过程中，不仅要控制好温度、酸碱度 （PH）、空气压力，而且要控制好溶解氧。溶解氧是发酵过程好气性的主要因素，菌体不能吸收气相的 [1] 氧，只能利用液相的氧即溶解在发酵液中的溶解氧。影响溶解氧的因素有 ： ⑴ 通气量的大小，因为它是氧的主要来源。 ⑵ 搅拌强度，因为它决定了气液两种介质的接触面及接触时间，影响着氧的溶解强度。 因此，检测控制通气量及搅拌转速很重要的。但控制转速投资大，比较复杂。在制药的发酵过程 中，通常对通气量进行检测控制，以达到对溶解氧的控制。下面介绍通气量的控制策略及控制算法。 [1] 2． 控制策略 在发酵过程中，溶解氧不仅受空气进气量的影响，而且受空气质量、发酵罐液体积、罐压、罐温、 排气量等因素的影响，发酵的生化过程比较复杂。根据发酵的生化原理可知，呼吸商反应了溶解氧变 [1] 化，它与发酵液体积、进出气量、进出气中的 O 和 CO 含量有关。其计算表达表为 ： 2 2 Q 60X 1000