автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка адаптивной системы управления полупериодическим процессом ферментации

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

На правах рукописи

ГОЛУБКИНА НАТАЛИЯ ВИКТОРОВНА

РАЗРАБОТКА АДАПТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ЛОЛУПЕРИОДЙЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ФЕРМЕНТАЦИИ

(НА ПРИМЕРЕ ПРОИЗВОДСТВА ХЛЕБОПЕКАРНЫХ ДРОЖЖЕЙ)

Специальность 05.13.07 — автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -тг 1994

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д. И. Менделеева на кафедре кибернетики химико-технологических процессов.

Научный руководитель: чл.-корр. МИА, доктор технических наук, профессор Л. С. Гордеев.

Научный консультант: кандидат технических наук, доцент С. Г. Тихомиров.

Официальные оппоненты: чл.-корр. МИА, док^ тор технических наук, профессор А. Ю. Винаров; кандидат технических наук, доцент А. В. Заев.

Ведущая организация — Воронежское опытно-конструкторское бюро автоматики НПО «Химавто-матика».

Защита состоится РСЬ/ЪЯЛ+ЛМ 1994 г,

в _час., в ауд. на заседании спе-

циализированного совета Д 053.34.08 при Российском химико-технологическом университете имени Д. И. Менделеева по адресу: 125047, Москва, А-47, Миусская пл., 9.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре РХТУ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан &1994 г.

Ученый секретарь

специализированн

0Б1ЦЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Составной частью биотехнологии, 1ревратившейся благодаря достижениям современной биологической 1 химической науки в крупную самостоятельную отрасль промышленности, является производство пекарских дрожжей, представля-мцее собой сложную биотехнологическую систему. Важнейшая ста-;ия производства дрожжей - ферментация,, в ходе которой проис-(одят биологические и физико-химические превращения ценного зырья и формируются основные количественные и качественные юказатели получаемых дрожжей и работы оборудования: выход и :ъем дрожжей, производительность ферментера, подъемная сила и ¡тойкость дрожжей при хранении и другие.

Задача регулирования качественных показателей хлебопекар-шх дрожжей (подъемной силы, стойкости при хранении), а также жорости роста- биомассы микроорганизмов может быть решена в замках технологии полупериодического культивирования, преиму-цественно используемой при производстве дрожжей в промышленном масштабе. • •

В настояние время уровень автоматизации дрожжевого произ-50детка ограничивается системами стабилизации некоторых режим-шх параметров (температуры, рН), жесткого программного дози-ювания питательных субстратов, подачи воздуха на аэрацию.

Низкая производительность ферментеров, сложность техноло-'ического регламента, отсутствие действующих эффективных систем автоматизированного управления, существенная нестационар-юсть, низкая воспроизводимость показателей, неполнота априор-юй информации о ходе процесса при необходимости повышения ачества выпускаемой продукции обуславливают актуальность ре-юния задачи управления процессом ферментации дрожжей. При 1'гом наиболее перспективным является использование- подхода', ¡снованного на применении математических методов моделирова-1ия и оптимизации на базе средств вычислительной техники.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом :оздоговорных и научно-исследовательских работ РХТУ им. Д. И.

Менделееве. ' '

о •

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - разработать адаптивный алгоритм И систему управления полупериоди^ским процессом ферментации хлебопекарных дрожжей, дозволяющих повысить выход и съем дрожжей при обеспечении качественных показатёлей целевого продукта, по сравнению с традиционным методом Местного программного управления на основе; измерения сходных и выходных сигналов в ходе нормального функционирования системы,

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ. Разработана математическая модель динамики изменения наиболее значимых факторов, характеризующих условия протекания и существенно влияющих на ход и производительность полупериодического процесса ферментации пекарских дрожжей, а также на качество целевого продукта. Математическая модель учитывает'кинетику осноБиых микробиологических процессов для микроорганизмов расы-Saccharomyces cerevisiae. Проведена идентификация вариантов двухсуостратных зависимостей, отражающих возможные механизмы протекания процесса и выбрана оптимальная кинетичегая модель роста. Особенностью данной модели является учет влияния на рост биомассы двух. субстратов (углеводов и азота) в отличие от обычно используемых при модет лировании рассматриваемого процесса односубстратяых зависимостей, отражение скоростей автолиза биомассы и потребления углеводов на поддержание жизнедеятельности культуры, зависимости экономического коэффициента для минерального субстрата от. егс концентрации во внешней среде,'а также учет слагаемых, описывающих скорость поступления питательных веществ в ферментер.

На базе предложенной математической модели разработа! . оригинальный алгоритм адаптивного управлений на основе параме трической- адаптации, позволяющий ..осуществлять учет влияни: внешних в внутренних возмущений . путпм подстройки управлявши воздействий к дрейфу оптимума по текущим значениям входных выходных сигналов и, тем самым, обеспечить оптимальный, отве чающий концепции сбалансированного питания дрожжей режим пода чи подпитывающих. -растворов (углеводного и солевого) и, следовательно, исключить как лимитирование, так и ингибирование рс ста биомассы.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ. Разработана реализующая

предложнный алгоритм адаптивная система управления полуг.ери-одическим процессом ферментации дрожяей но скорости подачи питательных растворов, позволяющая понизить эф{ективность управления и, тем самым, увеличить быУод дрождай на 2,7 %., а производительность Зерменте-ра оОгомом: 145 мл на 20 7, при улучаю пни качественных показателей целевого продукта.по сравнении с традиционным методом жесткого программного управления. Проведена- экспериментальная апробация эффективности работы системы при использовании управляют^ вычислительной машины в режиме советчика оператору в условиях действующего производства. Алгоритм опробован в АСУ ?П Узловекого дрожжевого завода. • . •

Разработанная система автоматизированного управления может бш'ь использована для управления полупериодйческими процессами Ориентации в других отраслях биотехнологии, связанных с накоплением биомассы Ьодфоорганизмов.

Получен экономческий эффект от внедрения алгоритма адаптивного управления,' который только на одном $»рме!Лере составил 9? 732 ООО руб. в год I по ценам, действуй»!!* на Июнь 1993 года)'. ■•'.■''

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ, Основные результаты работы докладывались и .обсуждались на Всесоюной конференции "кугемат.ичесгае и машинное моделирование" (г. Воронеж, 1091 г. ), на научной конференции, посвжцэниой 60-латии ЫГГИЛП "Научное обеспечение хранения и переработки растительного сырья б пищевой промышленности" с г. Мэсква, 1991. г.)» йа Республиканской юэнференции "Информационные технологии й системы. ..Технологические задачи механики сплошных сред"(Г. Воронеж, 1992 г.) " '

ПУБЛИКАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Ш теме диссертации опубликовано 6 работ, сдана в печать 1 статья. ' ". . :

. СТРУКТУРА' И ОШМ РАБОТЫ ДиеЬзртащгонцая работа состоит из введения» пяти глав с выводами, общих выводов, списка литературы, и приложений.

'Работа содержит. 250 сграниц шиинописного текста с иллюстрациями и таблицами. Список; литературы включает 172. наименования. — • '

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и дана общая характеристика работы.

В первой главе выполнен анализ современного состояния дрожжевой промышленности и ее аппаратурно-технического оснащения. Рассмотрены основные особенности важнейшей стадии производства хлебопекарных дрожжей - ферментации - как объекта управления.

.Представлен аналитический обзор современной литературы пс вопросам моделирования, идентификации, оптимизации и . управления процессом ферментации микроорганизмов.

Во Еторой главе осуществлено экспериментально-статистичес кое исследование процесса ферментации хлебопекарных дрожжей., с учетом соображений, продиктованных постановкой задачи управления, и технических возможностей, то есть наличия надежных датчиков для измерения соответствующих переменных в ходе пронесся осуществлен обоснованный априорный выбор наиболее значимых, x-v растеризующих условия протекания и существенно влияющих на д;1 намику и производительность процесса, а также качество биомасс дрожжей факторов, к которым отнесены концентрации биомасс дрожжей X, Сахаров 3,, азота S¿ в культуральной среде, объем V культуральной среды в ферментере.

Представлены результаты эксперимонтально-статистическогс исследования товарной стадии процесса Ферментации дрожжей pací Saccharomyces cerovisiao, выполненного вследствие недопустимости нанесения-значительных возмущ^'.ллх воздействий на действующих промышленных ферментерах по данным пассивного эксперимента, то есть нормальной эксплуатации ферментера объемом 145 мл, установленного на Узловском дрожлопом заводе с испольном-нием методов теории вероятности и математической статистики п стандартной методике. Итогом' проделанной работы явилось получение показателей среднестатистического IV,5-часового процесс: выращивания товарных дрожжей, необходимых в силу особенностей рассматриваемого процесса для качественной идентификации пара

метров, математической модели процесса. .

Третья riaea посвящена разработке ыатематической модели полупериодического процесса ферментации дрожжей, осуществленной с позиций системного анализа . ~

При разработке кинетической модели роста биомзсьы дрожжей в качестве наиболее значим»« факторов, влияющих на величину удельной скорости роста//, выбраны концентрации двух субстратов - углеводрЁ,и азота Зд - в отличие от обычно используемых при моделировании кинетики рассматриваемого процесса одно-субстратных зависимостей.'

Поскольку вопрос о выборе подходящих уравнений для многоФакторных зависимостей не очевиден, важное значение, приобретает задача идентификации различных моделей, отражайся« возможные механизмы протекания "процесса. О целью определения оптимальной кинетической модели роста биомассы дрожжэй проведена работа по идентификации равлйчных вариантов- зависимостей. При этом испольаоЕаяи варианты шюгофакторних кинетических уравнений^ полученных путем различных видов .комбинации однофакторных: мультипликативной, аддитивной, с более тесным влиянием факторов. Поиск коэффициентов осуществляли на ПЭВМ IBM PC/AT модифицированным методом Нелдера-Мида, с использован»зм:среднеквадратичногокритерия, в качестве функции невязки. Качество описания контролировалось по величине критерия Фишера, Результаты идентификации различных вариантов двухсубстратных кинетических зависимостей удельной скорости роста микроорганизмов Saccharo-myces cerevisjae. представлены в таблице 1.-'Наилучший результат показал вариант мультипликативной двухсубстратнсй кинетической зависимости Андртеа-Андрюса. - Значение функции невязки для этого варианта 5,118 Z. Сравнение величин критерия Фишера с его критическими значениями при Б %. уровне значимости подтвердило целесообразность.использования указанной зависимости при модёт лированйи процесса ферментации,

Для реше-яия задачи получения оптимальных режимов углеводного и солевого питания,' отвечавших концепции сбалансированно- ' го питания дрожжей, предложена математическая модель динамики изменения-влияющих на процесс акторов, равно, как и кинетики осповимх макрореикций на иенове полученной кинетической модели

. Таблица I'-

Результаты идантифнкации различных, зйрлантоэ деухсубстратных кинетических зависимостей . удельной скороати роста микроорганизмов ЗассИаготусез сегеУ1з!ае..

Вид кишгше&ой задиеипосп/ Зиачешя юзффиц&^ггоб Зиацеиш ■/рито-роя с^утиршцш ТаЗп/'/ис-езж/вт} хратерия Фишера Расчетное зт/еиив критерия Фишера

л/.ш ■ ; /ив. —¿¡аЗйЗг. ........... Щ^'0,002 _ ^„'О.т/Чг^5; ¿¿,=4332 ' . ; 7,035 9,т. .10,366 . г{,гго 7,044 0,1/56 ■ г,85 3,02 г.ге , ¿¿е ■ г, 55 V 2,0-9 3,02 •.' 4,9560 . 4,3532 6,3600 . г,язб 2,6495 2,3137 0,7202 6,0243 5,932?

роста биомассы дрожжей, именная вид:

/""Л»

где^.-К,, t'y, Kg, Kj, Y^,, ni, - ■ коэффициенты; <Xa и (fa минимальное й максимальное. содержание минерального иле-мента в биомассе; F , F, , Fj - объемною скорости подачи соответственно питательных веществ, углеводного н солевого питания; S0/.v{ - концентрации соответственно.Сахаров'и азота в подпитке * '••,'. ' -,

' \ Особенностью данной модели, выдёляющэй ее из ряда существующих, является учет влияния на рос? 'биомассы двух субстратов ('умеводов и азота), отражение скоростей автолиза.ûmuacçuju и . потребления углеводсодерлшщзго субстрата на поддержание жизнедеятельности культуры m , зависимости экономического'. коэ#ици-ентц дли'минерального субстрата от его концентрации во внешней, среде, а; -также:учет слагаемых, .описывающих скорость' поступления питательных ведеств.в'ферментер; .

- В результате идентификации параметров.- модели, полупериоди-чеекого процесса ферментации хлебопекарных дрожжей по - данным среднестатистического' '1?,'¿--часового процесса ■ 'выращивания то-

„варных. дрожжей на Уэльсском дрожжевом заводе на. основе полученных значений коэффициентов'; кинетической модели роста, в соответствии с 'областью допустимых значений иеизвестнм'х параметров получены численные, значения коэффициентов„ приведенные в таблице 2 (минимизацию, функции невязки, п качестве которой использован иреднеквадратичный критерий, осуществили с .применением процедуры глобальной оптимизации, систему дифференциальных уравнений модели-процесса с заданными начальными условиями решали методом Рунге-Кутта 4-го порядка).

Экспериментальные' и расчетные значения величин X, 5,, , V находятся в .хорошем соответствии (рисунок.!).' Относительная ошибка при расчете переменной X яе превышала.4 7.. переменной - 5,6 7., переменной 3,- 3,2 %, переменной V - 3,0 X. Это позволило сделать вывод о том, что структура и идентифицированные параметры Предложенной, модели; -удовлетворительно апирокоимиру? «/г экспериментальные результаты в. широких. пределах изменения управляющих воздействий.

В четвертой главе поставлена и решена задача оптимизации полупериодйчеекого процесса ферментации дрожжей, по скорости подачи подпитывающих растворов, то есть на основе разработанной математической модели процесса при допущении постоянства вектора параметров (стабильности внешних . условий) определены . управляющие воздействия , Тг и (объемные скорости подачи растворов мелассы и сульфата аммония), заданные в классе кусочно-постоянных функций, максимизирующие. 1фитерий счлма биомассы дрожжей с аппарата при нефиксированном времени отнчаимя процесса и аадаином количестве подпитывающих субстратов на .. <1ч:>-ментациы.. На управляющие воздействи наложены ограничения. ' обусловленные .техническими воамрмюстяыи. Задача («гопа-е использованием "алгоритма. оптимизаций, щ^дстаплявдэго собой адаптивное расширение метода переменного многогранника с элементами случайного поиска

. Траектории изменения управляющих воздействий и основных переменных, полученные в результате моделирования оптимального полупериодического процесса ферментации дрожжей, а тагак результаты экспериментальной апробации нашейного алгоритма подачи подпитки.приведены на рисунке 2. ,0|>авнеине результатов моделирования с эгспериментальныии результатами прказ14вает,-.что

■ ■ У _ 9 • . . ;

.'■"-•••'■..•■■'• Таблица 'г

Определение Коэффициентов математической моДелп полуп^рподичес-1сого процесса ферментации дрожжей (по данным процесса внращпва-ния товарных дгюзикй на Узловском дрожжевом заводе).

Коэффициент

Область допустимых значений

Численно»? значение начальное ( уточненное

I ^

4,80-10*'-1,88-10*

4..85-10"'. I 4.03-10"' |

I I 1.0« Ю"*- 5,0-10"' | 9.&7'10"' I 45- 10-' 1

1 1 : - ' 1. •3. 72- 10 У 1 4. 07- ю'

.1 I 0 - 1,5-10"* . | ; 1.95-10' | оз- ю' 1

1 ' 1 г ■ ! 1 1.60- 10"а | '3. 64 ■ ю"л 1

1 • 1 г.^-ю"3- б.б-ю"') 2.87-10^ | ■ а и- ^^ 1

1 Уе/Х, I 1 ¡35'1(3"'- 6,3-10"' I 2.41-10"' 1 Г>. оп ■ ю" 1

г т I ^ 0 - -3,6-10"' | 1. 56-10"' ] 1.83- 10-' 1

1 1 . -- • 1: 8. 43-10"' ) 9. 74; 10"' 1

У,м3 Х.кг/п3

О У 2

5 6 Р & О /О // /3 /5 /<Т &

Рис. I. Идентификация математической модели по показателям среднестатистического.процесса ферментации Узловского дрожжевого завода: .

сплошные.линии г экспериментальные данные; • ■•" пунктирна линии - гашение модели.

10 11 12 ,13 ¿V

. Рис. 2. Траектории, изменения -переменных и управляющих воз-; действий',' полученные' в. результате ^ьрадблирошмии' опт.нмаль- . ного" тюлунериодичёекото' процесса .&эршнта'ции дрожжей'и эк:-споримецтальныс*'результаты. • .';.' ■ '' '• '., • •

моделируемая -Траектория накопления бибмассц '.дрожжей' дает запы-шепнуц сгарсють накоплен'ш по сравнешш с .наблюдаемой' в. реальных процессах.. Б отличие- от..'шссчётных* данных: при ' -зксперимец-'. 'тальной апробгиши .полученного.;?.^ оказа-

лось -ч:го-'в средйедУ^^ ни и,8 Л,

выход дрожжей. г,.'на 14 %, хотя.производительность ферментера : У1)еличил;.1сь «а .1-0 ".". '< •/'.'-''.-•" '. .-'. •;"•

^ •';.'..' НричшГой данного <$акта является неучет изменения биосии-тетическш ми^хюргшжзмов, связаниоро с . влиянием

ряда неконтролируемых аокгорой'. в :ураменйй "'накопления- биомас-

cu модели. Таким образом,' программа управления, оптимальная для усредненных условий-проведения-процесса'/ферментации, оказалась малоэффективной при управлении реальным процессом, то есть в случае, когда развитие процесса существенно отличается от среднего. ' ••'".• . . •

Поскольку усложнение модели,•предназначенной для решения задачи-оптимального управления, не решает проблему адекватности вследствие того, что любая модель-не може.т: включить- в себя все.переменные и условия такого сложного процесса, как Сг.отех-нологический, в пятой главе для управления- полупериодйчееким процессом ферментации дрожжей, "учитывая-éro особенности, ' пред-ложно применение подхода, основанного fia Использований параметрической адаптации, под которой i) данном слу.чае понимает-. «I система управления биотехнологическим процессом, где в реальном масштабе времени на основе '¡юслеДователыш наблюдений Входных и. выходных сигналов определяются значения вёктора . параметров модели процесса, , на. базе которых в дальнейшем Формируется оптимальное'управление. . " ?

Для качественной идентификации параметров модели и эффективного их использования"В алгоритме управления:с тем, чтобы в алгоритме адаптации задать хорошие начальные приближения, использованы 'значения -параметров, - ИдепТифяц^х)Еашшх по усредненным окснериментальным данным процесса ферментации.

Поскольку статические и динамические свойства- рассматриваемого щадце.сса как объекта управления изменяются, п широких. • пределах Й совершенно непредвиденным- образом, задача адаптивного управления -.носит стохастический характер. Поэтому. г; дан ном случае использован приближенный.подход, о'еноцанпый на разделении задачи оптимального, управлечия'на залачу опенки параметров мидели .и задачу оптимального улравлешп u6i«kïv>m с пол-, ной информацией. Стохастическое управление .при этом рассчитывается но ' формулам детерминированного ..управления с заменой случайных "величин-'ИХ оценками. •.. . • : - .. ' . При формировании оптимального управления в зависимости от' состояния-'ц- -дрейфа параметров модели, процесса использован.ун- . рощенный. алгоритм, согласно которому скорости. подачи ■ ■нод'питы-' вающих субстратов в .интервалах времени между моментами адапт'а-. .

ции параметров модели постоянны. форыК(шваиие рптииадьцих управляющих воздействий лроиосодится церяодичосю! в предположении стациомарностисдатеыыддйусловий,. суюествуювях в начале каждого интервала. .-•;.-•

Адаптация параметров «эдеди■ на основе текущих значений . входных и выходных сигналов осуадэств/яв'тся в дискретна моменты времени, сштветствущие дискретнасти измерений, при /Использовании модифицированного метода 1)елдера-Мида и средне- . квадратичного критерия в качестве фувдии невяаки. Уравнения математической модели процесса ицтегрирустся метрдом Рун- . ге-Кутта 4-го порядка при заданных начальны* условиях, в качестве i которых ислольъущгси значения переменных процесса,. рассчитанные на щйдцдуиэи шаге, и текущих значениях управляющих . воздействий.

Полученные текущие значения параметров модели использугя-ся для определения оптимальных, управлящих воздействий F, и F¿, максимизирующих, критерий съема, . с использованием -алгоритма глобальной оптимизации. '••:...

Для [Реализации алгоритма адаптивного управления' разработана. система автоматизированного управления процессом ферментации дрожжей, структурная схема которой представлена на рисунке, 3, а также технические средства.

Система включает ферментер 1 для культивирования микроорганизмов, датчики 2 - 5 соответственно уровня кудьтуральной среды, концентраций биомассы-дрожжей, азота," сахара в культу-ралыюй среде, задатчики 6 и 7 для выдачи заданных вцачений расходов подпитывающих растворов, регуляторы 8 М 9 расходов подпитывающих растворов," блоки 10 - 12 соответственно реализации адаптивней моделие запоминанием, сравнения текущей и рассчитанной цо модели величины съема биомассы дрожжей, определения оитимгиьных -значедий'-расходов иодпитцвайщих растворов, да-' тчики 13 и 14 текущих, значений расходов подпитывающих растворе, исполнительные механизмы с табулирующими .органами 15 и " 1G, установленные на линиях, подачи растворов мелассы и сульфа тааммония, соответственно. В-качестве оптимизируемой, выбрана величина сгема биомассы дрожжей ¿ ферментера, а в качестве управляющих параметров - ск0|юг.-ти1юд;™ углеводмогои со лево

J5

pacrôop мелассы

/3

pacrßop еу/ърата omoAW Hб

K£>

h€> -0-0-

п

"*], ✓/ w J

Рио. 3, Структурная cxe.v.a системы адсштащаго^оца'ртиигтр рроыэсусм Лериенхацди дроззел.

го питания, определяемые подачей подпвдииащих растворов.

Экспериментальная апробация алгоритма адаптивного управления,' осуществленная на Увловскои дролжевоы .заводе в режиме советчика оператору при ферментации дрожжей расы Засс11аготусез сегеУ1Б1ае 5 генерации в аппарате объемом 145 мл, показала, что при функционировании разработанного алгоритма накопление дрожжей в среднем .увеличивается на 4,6 % лрй сокращении времени. процесса на 3,6 часа и расхода сульфата аммония на 3,3 то есть производительность фермеитера повышаемся в среднем на 20 X, а выход дрржжей по субстрату - на 2,7 X по сравнений с процессами, осуществляемыми при традиционном методе жесткого программного, управления:. При этом улучшается подъемная сила и ,стойкость дроишй при хранении.

Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что При-шнение разработанного алгоритма управления процессом ф^РМеи-тации дрожжей дает возможность ограничить излишние колебание концентраций подпитывающих Субстратов благодаря учету влияния внешних и внутренних возмущений путем подстройки к дрейфу оптимума, и тем самым, обеспечить . высокие значения накопления дрожжей, и, следовательно,, повысить производительность ферментера, а также улучшить качественные показатели, целевого продукта.

,<..: • - ' выводы

Осуществлено этепер^нтально-статистиче.екое исследование процесса ■ферментации хлебопекарних дрожжей на базе Узло-вокого дроюкюго завода.. .Определены наиболее значимые переменные, ха^авдеризуниие условия протекания к рушэотввино влияющие на динамику' и производительность нpoцe:!cai а также качество целевого продукта с учетом технических возможностей и соображений, продйктогшны? тль'в-работы. ПЬлучёны показатели среднестатистического процесса.ферментации . товарных' дрожжей, необходимые для качественной вдеитификации параметров математической кЬдели процесса й э#ективного их использования в алгоритме уязвления ь силу особенностей рассматриваемого про. цесса. . . ; '•'• .'•. '•-; •

2. разработана математическая модель динамики изменения влияющих на процесс факторов, равно,.как и кинетики основных макрореакций на основе полученной в результате идентификации различных вариантов двухсубстратных зависимостей, отратлющих возможные (Механизмы протекания процесса,. оптимальной кинетической модели роста для реиения задачи получения рациональных режимов углеводного, и солевого питания, отвечающих концепции сбалансированного питания дрожжей.

3. На основе разработанной модели осуществлена оптимиза- ■ ция процесса по скорости подачи подпитывающих» растворов (мелассы и сульфата аммония) с использованием модифицированного метода НеЛдера-Шда.. Осуществлена экспериментальная апробация найденного режима поДачи подпитки: на Уэловском дрожжевом заг.о-де. "

4. Предложен алгоритм адаптивного управления полупериодическим процессом.ферментации хлебопекарни* дрожжей," позволяю- . вц1й ограничить излишние колебания концентраций • подпитывающих еуОстратоа благодаря учету влияния внешних и внутренних возмущений путем подстройки управляющих воздействий к дрейфу оптимума на. основе адаптации, параметров математической модели.по текущим значениям входных и выходных сигналов и, тем самым, повысить точность управления по сравнению с традиционным методом жесткого программного управления и, следовательно, исключить как лимитирование; тач и ингибирование роста биомассы.

5. Показана эффективность предложенного алгоритма путем экспериментальной проверки на промышленном ферментере при работе уиравляккуэй вычислительной машины в режиме советчика оператору. . . . . ,

6. На.базе предложенного алгоритма разработана система адаптивного управления полупериодическим процессом ферь'ентации хлеОопекаримх- 'дрожжей, а также технические средспа, которая исиользуотся в проектных разработках АСУ Г11 Узлог.ского дрожжевого завода. Полученный в настоящее время экономический Э|№жт от внедрения составил 97 732 ООО руб. /год из расчета .на один фярментер.

ПО.ГЕЫЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ (СДАНЫ В ПЕЧАТЬ) СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1. Ануфриев В. В. , Ветохии ЕН., Голубкина 11В., Горохова О. Е Алгоритм определении удельной скорости роста микроорганизмов // Математическое и машинное моделирование: Тез. до!сл. Всесоюз. науч. копф. - Воронеж ВТИ, 1891. - 290 с. (на магнитных дискетах).

2. Щепкин Г. И., колесников а Н., Голубкина а В. Моделирование теплового баланса ферментера и оптимизация подпитки в процессах микробиологического синтеза // Математическое и машинное моделирование: Тез. докл. Есесоюз. науч. 1Сонф. - Воронеж: ВТИ, 1991. - 290 с. (на магнитных дискетах).

3. Голубкина Н. В., Гордеев Л. С., Ануфриев Е В., Щепкин Г. И., Тихомиров С. Г. Математическая модель полупериодического процесса ферментации биомассы'микроорганизмов // Информационные технологии и системы. Технологические задачи механики сплошных сред: Тез. докл. Республ. конф. - Воронеж: ВГУ, 1992 г. - С. БО.

4.. Голубкина IIЕ , Гордеев Л. С. , Тихомиров С. Г., Щепкин Г. И. Кинетическая модель роста биомассы хлебопекарных дрожжей // Информационные технологии и системы. Технологические задачи механики сплошных сред: Тез. докл. Республ. конф. - Воронеж: ВГУ, 1992 г. - С. 51.

5. Голубкина ЕВ. Гордеев Л.С. , Щепкин Г.И. , Тихомиров С. Г. Определение удельной скорости роста при моделировании процесса ферментации микроорганизмов . - Воронеж: Воронеж, технолог. ин-т, 1993. - 20 с. - Деп. в АгроНИИТЭИПГГ 30. 09.93. , N 2542-ПШ93. ■'.,'•

6. Голубкина Н. Е , Гордеев Л. С. , Щепкин Г. И., Тихомиров С. Г. Математическое-описание динамики процесса роста дрожжей. -Воронеж Воронеж, технолог, ин-т, 1993. - 11 с. - Деп. в Агро-НИИТЭИПП 30. 09. 93. , N 2543-ПЩ93.

7. Гордеев Л. С., Голубкина Н. В. Адаптивная система управления ферментером полупериодического действия (на примере производства хлебопекарных дрожжей) (В печати).