автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Разработка математического и программного обеспечения АСУ ТП выращивания микроорганизмов

Воронежский технологический институт

На правах рукописи УД1{ 663.14.033.2.001.5

РУБЦОВ ВЛАДИМИР МИТР05АЗ:0К;Ч

рдзршзтса :,дте1лъ1ЧПСкого я програшого обсопзчшшя ас" тп шрдщпвшя ншсрооргашгоз

05.13.16 - Применение вычислительной техник:;, математического поделировзчпя и математических методов в научных исследованиях (з отрасли технических паук)

АВТОРЕФЕРАТ диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж - 1991

Работа выполнена в Воронежском технологическом институте на каф'едро автоматизированных систем управления

Научные руководители - доктор технических наук,

профессор Битюков В.К., кандидат технических наук, доцент Ануфриев В.В.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,ч

профессор Комиссаров Ю.А., - кандидат технических наук, доцент Матвеев М.Г.

Ведущее предприятие - Воронежское огштно-конструк-

торское биро автоматики НПО "Химавтоматика"

Защита состоится Л^гя/л 1992 г. на ааоодашш специализированного Совета К 063.90.02 Воронежского технологического института в ауд. по адресу: 3<Ж)17, г. Воронеж, проспект.Революции, 19, ВТИ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке. института.

Автореферат разослан "7-991 г.

Учении секретарь специализированного Совета ^-у)/"—"> кандидат технических наук В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТУ

, ; Актуальность работы. В современном мире лее большее внима-ннв'уделяется производственным процессам, в которых используется жизнедеятельность микроорганизмов. Процессы вира.чивания микроорганизмов применяется в таких отраслях промышленности, как медицинская, витаминная, сельскоо хозяйство, пищовая. Широкое распространенно получило производство болкоз, шшохислот и других физиологически актикшх пср.сстз на осио::з ".ультипрогг-пиз :гд:гросЗол отходах нс^твхкмтооклх призюдо/у. Гастот г.о-лпчеегг.'з Г'ч'уолполчх биопрепаратов, подуггшгг.с :i.í::t-~,í.!"o-

.г?г:г'-:о:/'1'о и лонользуе.'лг-: для :\j" I "• ;r г:""-: ; : ч

"Т.-----: . i' " ' ' ' '

■ . ' :'0 л мч г^-ji-:?Л г7'-.1 r Ü-

:1 .. " :: :.v.":: пчоллччог;! у. "лб".'1

. - .. , . , :¡ i^uо,-;тivt!::-г овчрлоличх ородстз ar.-

л:>"лтч'! ■ ;:'o:';> -';<;'л;,';:ч1лл технологическими процсосамп.

л ллч:лллт лест:;л поста мчкгоорг'чшзмов помогает Ч)лл; :глло" и С'.л тлел не" члетл процесс ;Т otm^íjv'iühíi , доблгалсь ¡'лко'.к'юноят:; ;.:".:о,"д иелевлх продуктов л боле; полного иополь-гогапил плтат^л'-нчх сред.

В пастоглчо 'гремя наряду с традиционно тпэшшищикися окс-перямочтялышм;: методами литсиск^икеции ir*:r •хИгсуогичзоких процессов ::ирсг.оз пргк!пчо!тз находят методы кп-^атичоского моде-липоланлл, позт.ол;:'""',;:'.! осуцестгчть 'лаелтабнчл переход от лабораторного техло/огяческого пг-оцосса г. промияленшону.

Слоглоелъ технологического гегламента, злияиис множества лактсрол на рост :.л;креорглннзмол, бугнее развитие средств ни-чнелнтельпол техники, полчлепие требований к качественным показателям продукции, отсутствие деПстзупгщх о'^ективнпх систем управления обусловливают актуальность проблемы математического я программного обеспечения автоматизированных систем управления технологически«',! процессами гчралисчния микроорганизмов.

Работа выполнена з соответствии со Сводным ксоглнналлоннпч планом хоздоговорных, научно-исследовательских , спчгнс-гонст! /¡:~ торских и технологических работ Главного Управления нч-кг, :

рения и пропаганды достижения передового опита Госагропрома PGICP на 1987—1590 г.г. !<• 5.II8 от 05.05.87 г.

Поль работа. Разработать методы, математические модели, алгоритмы и программы для АСУ ТП выращивания микроорганизмов, обеспечивающие в реальном масштабе времени автоматическим расчет и прогнозирование основных показателен производства микроорганизмов с целью повышения выхода биомассы микроорганизмов из единицы питательного субстрата и производительности промышленных ферментеров.

Разработать математические модели, алгоритмы н программы для определения динамических характеристик промышленных ферментеров с целью увеличения эффективности их работы и расчета систем управления.

Разработать методику, алгоритмы и программное обеспечение для интегральной оценки и прогнозирования процесса вырацпвалшя микроорганизмов.

Научная новизна габоп:. Разработан'.: математические модели периодического процесс.а вирадивания микроорганизмов, учитываю-ппз кап дстерминироБанные, так и .случа/.ш:е составлгицис процесса.

Разработано алгоритмическое обеспечение АСУ ТП шра^ивапия микроорганизмов:

- алгоритмы расчета основных показателей процесса выращивания микроорганизмов, позволяющие получать значения параметров модели ферментации микроорганизмов па основе статистических данных;

- алгоритмы определения динамических характеристик, позволяющие по данным нормальной эксплуатации процесса выращивания .микроорганизмов определить характеристики, связывающие выходной параметр - концентрация микроорганизмов в культуральной среде - с такими входными параметрами, как формольное число,

рН культуральной среды, температура культуральной среды, концентрация засева;

- алгоритмы определения интегральных оценок процесса выращивания' макроорганизмов.

Практическая ценность работы. Проведено статистическое исследование и выявлены доминирующие ^акгоры, влияющие на процесс вчраплзакия микроорганизмов.

Разработанное программное обеспечение АСУ ТП выращивания

микроорганизмов, удовлетворяемое уелоелял работы з рояльном ::аситзбо грсмени и мтшкалыюста объема опсггтягноЛ памяти, внедрено на Узловсксм дроммовем заводе. Гсальмм'; скомсмлмескиЛ онт-.;сг.г от внедрения составил 32833 руб. в год. Программное обеспечение момст бить использовано в других отргеллх прсмвмлснкос-тн, где получение н] оду ста связано с и«|:сллсн:г;м блсндеси микроорганизмов.

А п ро б л и : ; л г :: б о т м. Ослоенно результаты работы докладывались и обсугзалась на Зсссскгпоа xoi!i¡ ореиции "Процесс« и аппараты для микробиологических производств "Р::оте:'Ь';м:а-с9" С г. ГрозннП, 1965 г.), на научно-практическом семинаре "Автоматизация технологических процессов в химической промышленности" (г. Челябинск, 1990 г.), на Всссопзно.; кон/срепции "Автоматизация биотехнологи-HcoKiix производств. Автонатиачцня-УО" (х-. 11у.-,иио, I99U г.) и на отчотппх научно—: „лиичсских конференциях ¿оронименэго техколм-I гюского клспгп'?* в Í°P9-I9C0 г. г.

тг; -'св.

Г'б?'УГ!.. т.^цтнн.ал состоят из введения,

:х i j¡. ; :.] плавании aaq оо] гасизмо:». По т'.-.тл i . г-:---; m --;ct'íb mmhj гез/лы;];,

Г!1 ПС

•мгомачич ки-

нетики i ост:! ¡кго'чч я ,i:hiob.

Тост клуье : п[ и .по"дл; них условия»; ь и .•проточи':;! р о аг1: эр ■. сииспвл1 тел ур-'в iп-л-'-ч

ill ' Г ( 0 с it:

fu:X

Реально популяции микроорганизмов развиваются в ограниченном объеме и в yc.-OEt/ix ликатирваиия ресурсов питания. Величина JII - удельная ci'.opocTb роста имеет вил:

где /5 - концентрация субстрата, Ms - константа насыцения, jUfi ~ максимальная удельная скорость роста. Величину S потно напти из соотношения

'Х-Хс =y-(Sc -s), о)

где Лс - начальное значение концентрации биомассы (засов), У - экономичсск.:/; ко v/'. пциепт, хараг.теризут-инп степень нс-польгогания питатолишго субстрата, Sc - начальное скачшше кзмцсптршш.' .''цтат'.1 гсьного субстрата.

Лопэ::^зуя (2) л (D) ирсюбрпз \зм уракгзниэ (I) к клду: -S.-У'Хс-Х с/г = p-t, cii .

Г ур.м.пон:'-: получим:

т ) г л i -х „,

a-urry -CI-т —£гд— =//" ^ (5)

где tl *Иа'!//(&-</+Х,).

.v. л я любого момента гремени t мз.-';ло ьглут.;ц, иргг-ли^опноо 1 ссоико (5) о> ше кокотогоП функции:

X = Fit). ' " (б)

В связи с тем, что уравнение (I) описывает рост биомассы микроорганизмов при'идеальных условиях, в уравнение (б) вводится поправка - случайная функция <С (t) , учитывавшая вероятностные факторы, влияющие на рост клеток:

(7)

Вид функции ei(t) нв известен, но в результате проведения tJ сг.сперимонтов можно получить значения концентрации биомассы .в некоторые моменты времени t< ,tz , ,tn :

xUt,), xUtz).....xUtM), (8)

rao iiKiV

Решая уравнение (5) методом дихотомии, найдем приближенные значения JC в эти ко моменты времени:

z(t<), Х(Ы.....x(t„). (9)

Тогда можно получить экспериментальные данные п для <£ /{ :

«с,, (tc) = xfi(ti) -X(tc) , (10)

где i f И i А/ , i < i ± M .

Полученные значения представляет собой результаты АI опытов над системой М случайных величин (tz), ..., «■£(tn) , сцен:;:! .математических ожиданий которых ГПл. (ti) являится^сос-тоятельнпми и несмещенными, при увеличении // величины m^'ti) сходятся по вероятности к соответствующим математическим оггида-ниям ты. (ti) .

л/ ^

После нахождения величин ГПл (t<), т>с(1-г), ... , m&(tM) строится зависимость /77«.с от £ в виде некоторой сглахивасщеГ! Функции: ~ -

Поскольку математические ожидания (в данной случае их оценки) тл (ti) представляют собой наиболее точные значения случайной функции cC(t) в моменты времени i/, 12. , ___ , in , то регрессия (II) дает истинную зависимость сС от t .

В связи с тем, что значения cC(t) известны л.гаь для некоторых моментов времени t< , tz , ... , tм , то можно найти тольпо уравнение приближенной регрессии, оценнз каким-либо способом волнчн.иу и вероятность ото Л приближенности. В диссертационной работе для достижения отоЯ цели используется метод наименьших квадр:тов.

для получения зависимости (II) в работе предложены три вида регрессии: параболическая второго порядка, в виде полииомов Чсбыпева и эрмитов кубический сплайн.

Лспсльзуя какой-либо вид регресс:;:;, на основе экспериментальных данных (8) мопш па,:т.г опенг.у математического ожидания П1<. (t) значений случайной f;ункцин (t) , а значит, и значение концентрации биомассы СС в лкбей момент времени. Замет:;:;, что данные (8) необходимо считать обучаяцей выборкой, т.к. в конкретном технологическом процессе могут быть получены ризульта-•Л1, существенно отличающиеся от (б). 3 евчои с ит;:м в работа предложен алгоритм уточнения уравнения регресс:;:: и ее настройки на конкретны:! технологический процесс. Прв:гха адекватности матсатических моделей и рее ' твтатев окспе; нментол провод.члазь

- б -

с помощью критерия Фишера.

Для решения задачи построения уточненной самонастраивающейся модели кинетики процесса выращивания микроорганизмов написан и отлажен комплекс программ (язык программирования "Паскаль", операционная система типа ОС РВ, ЭВМ типа СМ). Программное обеспечение позволяет определить значение концентрации биомассы .30 в любой момент времени ^ , осуществляет прогноз роста микроорганизмов с заданным (в режимо диалога) пагом по времени. Со время работы комплекса программ осуществляется вывод протокола его функционирования на печать или в файл на магнитит'! диск. В протоколе печатаются коэффициенты уравнения ре!^-рсссии, отмечается моменты времени, когда была осуществлена корректировка уравнения регрессии и какие значения конц&итрацяа биомассы был:; заданы в эти моменты времени. В конце работы осуществляете;: вывод результатов моделирования в виде таблиц.

Следует отметить, что обучающая выборка типа (8) хранится ь отдельном файле, имеющем гибкую структуру, поэтому данное программное обеспечение можно использовать для моделирования различных биотехнологических процессов, основанных на выращивании микроорганизмов без корректировки программ, достаточно лиаь создать соответствующий файл экспериментальных данных. В таблице I представлена оценка максимальных погрешностей моделирования.

Таблица I

Оценка максимальных погрешностей моделирования

Тип Размерность По средним По конкретной

регрессии выборке

по Mono г/л 10,5 10,5

параболическая г/л 3,1 2,9

• полиномы Чабыщева г/л 2,6 2,8

эрмитов сплайн т/т. 0,0 1,8

Программное обеспечение внедрено на .Узмвскон дрозететги

заводе з составе АСУ ТП, разрабатываемой специалистам:: Воронежского тзхнологического института. Экономический э:]фект от внедрения составил 338 33 руб. в год.

Третья глава посвяпсна определения динамических характеристик промышленных ферментеров. По о'кспернмзнтальш м дьшши нормальной эксплуатации процесса вырацишния микроорганизмов определена структура математической модели динамики ферментера по каналам "концентрация микроорганизмов - формольное число", "концентрация микроорганизмов - рН культуральной среды", "концентрация микроорганизмов - температура культуральноя среды", "концентрация микроорганизмов - концентрация засева" и ее параметры .

Выбор названных каналов обусловлен тем, что, во-первых, в соответствии с технологическим регламентом для руководства процессом во всех аппаратах ежечасно производится их анализ, и во-вторых, их измерение и определение достаточно просты и надежны, а роль в процессе выращивания взсьма велика.

При определении неизвестных динамических характеристик систем управления необходимо идентифицировать неизвестный оператор связи меэду входным и выходным процрссами. Исконив характеристики процесса выращивания микроорганизмов при вариациях переменных в границах технологического регламента могут быть аппроксимированы линейными операторами со стационарными входным и выходным процессами с достаточной для практики точностью.

Математическая модель динамики процесса выращивания у чсро-организмов получена с использованием экспериментальных данных, аппарата автокорреляционных и взаимно корреляционных функции и метода моментов в виде передаточных функция.

Автокорреляционная и взаимно корреляционная ¡¡ункц'м определялись по дискретным аналогам формул:

(Xс I) - М[Х{(уй)А 1)1),

(У, +*)■д - **) Л Ш),

(12)

(13)

гдо - количество иксиории&нтов, - количестю :ип1.птл} времени , Ъ,Х /Л' „ -

оценки ..;атоматичоских о/.;ндаь:;;П значений случайных хосиднию ц т.иходного процессор -X и ^У . После того, как получены дискретные значения Яя^л и , строятся интерполяционные эрмитовы кубические сплайны /2 .ХчХ и л. л:у ( которые определены для любого t , принадлежащего временному интервалу С О, Гэис 3 .

В качество моментов автокорреляционной и взаимно корреляционной функций и р^- были взяты их приближенные зна-

чения:

т

= (<€)<*%, (Ю

где / выбрано так, что^при % > I , Кхх Для опроделения и рр воспользуемся дискретными аналога-

ми формул (:В.)-(15):

<¿9 ~ {(м-**)*

Т. ((,■&<€)*'К*х (¿-д я:)!' , аб;

р^-тт Ы-а<с) /г *

£ (с-А*)? 2«*-''-'-'* (17) 1 = 1

Зависимость Я ху от Я хх. определяется с покоцьс преобразования Лапласа

я*у{р) = И{р)- (р), см)

со

гдо Яху (р) = / е~рхк ху (%) с!<с, (19)

о

со

_ о _

! ' -.) - Г "ГС Л-! г>-Т

с в ряд Тоялогл, из (.18) определим момептм пм-пульс!;«.! исроходной •¡•ункция:

Но = /3" /сСо , (22)

/У/ - ^

(23)

л/ л»/

Н* =- + - ^ . (2,)

Зная моменты импульсной переходной функции, можно представить передаточную функцию в видах (25)-(27):

М(р) = 7? • р°+ I ' (25)

где Но = Но , То = №/но ;

где = //„ , Т< = Те = М</Нг ;

Но

(26)

(27)

Ъ3 рг + г-* + {

где Но - Но , 2 ^ (

Для рсления задачи определения динамических характеристик промилленних Сзрментероз разработано программное обеспеченно (язык программирогання "Поскаль", операционная система типа ОС РЗ, 1'ЗМ типа СМ). 3 качестве микроорганизмов били взяти дрожжи, экспериментальные данные лолучвни на дрохяевои заводе на основе нормальной эксплуатации процесса вьраливания хлебопекарных дрожжей на товарной стадии в аппаратах ЗйА-1С0.

Для определения динамических характеристик па основе экспериментальных данных били определены моменты импульсной переходной функции, которые использовались для построения переда-точньх функций (25)-(27). В процессе работы программ получаемые результаты выводятся в виде соответствующих таблиц на печать или в файл. Параметры полученных математических моделей представлены в таблице 2.

Таблица 2

Параметры математических моделей динамики ферментера

Каналы исследования

концентрация концентрация концентрация концентрация

Пара- дрожжей - дрог.ежей - дрожжей - • дрожжей -

метры концентрация формолыюе рН куль-ой температура

засова число среды куль-ой среди

сС О 369,90 0,86 0,33 6,58

12%, 71 1,94 0,78 13,93

Гг 5536,97 7,58 '3,16 33,85

257,61 -2,77 -1,09 -5,00

89 5, 0,83 -0,46 -25,80

% '(045,60 25,27 5,88 -149,10

0,69 -3,23 -3,34 -0,76

н, 0,06 8,25 6,56 -2,31

& 0,12 20,50 19,03 -8,96

Но 0,69 -3,23 -3,34 -0,76

То 0,08 -2,56 -1,96 3,04

Но 0,69 -3,23 -3,34 -0,76

т, 0,51 0,40 0,34 0,26

п 0,51 0,40 0,34 0,26

Но 0,69 -3,23 -3,34 -0,76

Т} СМО 3,59 3,09 1.59

т 0,11 -0,36 -0,32 0,95

Как видно из таблицы, динамические характеристики процесса производства дрожжей на товарной стадии выращивания представляют из себя устойчивые динамические звенья по каналам "концен-

трация дрожжей - концентрация засева , концентрация дрожжей -температура культуральной среди", а по каналам "концентрация дрожжей - формольное число", "концентрация дрожжей -рН культуральной среди" - неустойчивые.

Разработанное алгоритмическое и программное обеспеченно является составной частью математического обеспечения АСУ ТП, разрабатываемой специалистами Воронежского технологического института для Узловского дрогетевого завода. Однако в силу его инвариантности по отношению к экспериментальным данным, оно может быть использовано в различных микробиологических производствах, оо'оЛ.т'.стлхся на г'грапивашш микроорганизмов.

П -"тл'с1' глапе репена задача интегральной оценки про-

г-:-......'ткроггамагкоз. Суть метода речения заг.лп-

• л тс;-., ''Vоби по ".юходшзпсчприг-ч'нтчлыи«! данным опро-

.-.••."':п> класс ;.тал1 но го состояния накопления биомассы микроорганизмов.

В принцапз, пог-ыН параметр, дорщруешШ на основе первично измеряемых параметров, - интегральное состояние процесса - как ¡! либо Г: другой параметр, должен иметь количественное выражение и размерность, для практических целей вполне достаточно, если оцениваемая технологическая ситуация будет отнесена к одному из■ небольшого числа градаций (классов) интегрального состояния.

В качестве такой градации предлагается использовать три класса состояния накопления биомассы: "плохой", "хороши.:" и "очень хороший".

Разделение на классы осуществляется на основе архива проведенных опытов по целевому показателя - концентрация микроорганизмов - та::, чтобы в каядок классе содержалось приблизительно р мзчое число технологических ситуаций. Для получения интегральной оценки процесса выранивания микроорганизмов необходимо осуществить построение булево-вероятностной модели процесса. В качестве микроорганизмов были взяты дрожжи.

Булевы модели строятся на основе дискретной информации. Л то же время исходные данные в процессах дрожжегенерации представлены непрерывными значениями. Для построения булевой модели необходим вчполнить кодирование информации так, чтобы уровень ст'.".ого .г^-'тога з.'улеплся л;г"ь нззходнеимл значениями цолдлала-^о:"))!, л пг ,'Д -":т тч". плхп г.<л гоп дет'етгнте "ч-ноо з.'П'с-мя

фактора. Таким образом, поело кодирования вся информация отражается небольшим числом разрядов. Разбиение диапазона изменения фактора на поддиапазоны производилась с таким расчитом, чтобы л каждо:: поддиапазоне содержалось примерно одинаковое число данных (того архива экспериментальных данных, на основе которого строится булева модель).

После формирования поддиапазонов коздую технологическую ситуацию ¡¡ото представить многоразрядным числом, в котором положение каждой цифры отражает номер закодированного фактора, а сама цифра - обозначение поддиапазона, в котором находится значение данного фактора.

Характерной особенностью булевой модели является соотнесение выходного показателя (класса интегрального состояния ,пр°~ цееса) с конъюнкциями, входящими в технологическую ситуацию. Конъюнкциями для выбранных факторов являются сочетания номеров поддиапазонов, содержащих значения факторов. Разложив все тех-нолошчеекпе ситуации из архива проведенных опытов на конъюнкции и определив классы, к которым относятся технологические ситуации, можно найти класс, которому будет принадлежать исследуемая технологическая ситуация. Для отого необходимо подсчитать вероятность ее попадания в ка>;:дый класс:

~ т

Рс=Т.{Р^/т) 126)

где Ри - вероятность попадания рассм:привае,.;ой технологической ситуации в ¿-^-й класс состояния, т - общее число коньюнк-ций в ситуация, Ру - вероятность попадания ^ -;: конъюнкции в I -й класс. Величины Р:^ определяются из матрицы влоят-ностей' попадания конъюнкции в классы состояния; матрица о]:!л-руотся в результате разложения технологических ситуаций из архива опытов на конъюнкции и построения булевой меде;:;:.

Сравнение значений Рс для р.азньх классов позьзляет отнести 1!сследуемую технологическую ситуацию к определенному ]:лассу интегрального состояния.

Для описанного виде метода получения интегрально:: опенки процесса выращивания микроорганизмов разработано программное обеспечение (язык программирования "Паскаль", операционная система типа ОС ТЦ, ;■„!! типа СМ), которое осуществляет разложение

технологических ситузцим на кош-инкции, строит булеву мол*) л г, и гнчзот пропоя ппшагпеягости исследуемой ситуации к классу интегрального состояния на калдий час зрмснтаия:!. Онэ позг/пч ст получить оценку точности прогнозирования на основе архива лроэоюшшх экспериментов. В таблица 3 представлены результате: определения оценки точности для е—го часа ^-ориентации.

Таблица 3

Оценке, точности прогноза по булевой подели (3-й час .]ернонтации)

Г, Х.1 х2 .X 3 У {од /X Рг Рз Кл. л А • ! л. м. Г,-и-.

I о > 1 п » - ,1 Л ,0 52 ,0 3221 0,93 0,02 0,00 I 1

;' 2 .0 л зо у -- "3,0 >3 ,0 3112 0,50 0,3/0 0,00 р з -

8,3 ■'1 0 ) 32 ,1 ?2 ,0 51,0 3211 0,97 0,03 0,00 I [. !

О 0, о 33 Л 3:3,0 59,0 1323 0,06 0,89 0,05 о

гч л 1 а •'1 ,0 29 ,0 б 1,0 Ш2 0,13 0,87 0,00 о 1

г 9 3'; , -1 3 3,0 СГ-,0 212 3 3 ГО 0,0з 0,83 < л

I .5 4 , 3 ; , с 32 ,0 :0,0 2111 0,86 0,0? 0,05 I 1 !-

о т , з 4 С ! - 33 Л 28,0 53,0 2222 0,67 0,28 0Л5 ] [ 1

о ? 0 - 1 - е ..0 ' >0 , 5 ,0 1)4 ,0 3211 0,97 0,03 0,00 I [ 1

10 Г,7 Л 54 ,0 3-9 ,з 30,0 3322 0,92 0,03 0 ,00 I I .-

п 1,9 4 п п-ч ,6 22 ,0 ':8,0 ЗЛ1 0,97 0,03 0,00 I I

л 4 ,0 0 ,8 29,0 33,0 3112 0,50 0,30 0,00 1 3 -

13 С,8 '1 33 Л 28,0 С0,0 1222 0,22 0, '< 8 0,00 2 2 1-

14 2,3 5 , - 3'| ,8 27,0 52 ,0 3322 0,92 0, СЗ 0,00 I I ^

15 1,6 4 ,7 23 ,3 23,0 49,0 3211 0,97 0,03 0,00 I I г

Л 1,5 '! ,6 30 ,5 30,0 57,0 2212 0,31 0,С9 0,С0 2 2 1-

17 2 ,2 4 ,6 35 — 24,0 53,0 3221 0,98 0,02 0,00 I I +

18 2,2 5 ,5 37 ,6 22,0 50,0 3331 1,00 0,00 0,00 I I 1-

I? 2,0 ,9 34 ,2 23,0 49,0 3221 0,98 0,02 0,00 I I 1-

В таблице 3 использовались следующие обозначения: - '¡Э р-молькоо число, 00 г - рН культуральной орет, Хз - температура культу ралыюп среды, Хь - концентрация "исевп, У - концентрация лрпхкей, !' - номер технологической ситуам.ч ■ чз архива опито в, ".'!оди- закодированная технологичвсгач ситу-а-л 1°,

Р , /Я , р3 - вероятности попадания ситуации б классы ссе-юялия, "¡(л.ф." - (Iоптический класс, определенный по величине У , "Пл.п." - класс, полученный в результате моделирования, "Сов." - совпадение предсказанного с действительным значением класса.

Б таблице Ь представлен пример получения прогноза прлнад-лелсности технологических ситуаций к классам состояния на каждый час ферментации.

Таблица 4

Прогноз по булевой модели для технологического процесса выращивания дрок.юп

Час Код А А Рз Класс

>1 сГ. ОС-у сост.

I 1,3 32,5 27,0 1132 0,00 0,67 0,33 2

о 1.1 5,1 33,6 23,0 1333 0,00 0,97 0,03 2

3 0,3 5,0 31,2 23,0 1321 0,04 0,91 0,05 2

л 2,2 31,4 23,0 2321 0 0, ЬЗ 0,02 2

5 2,3 1\ ,8 35,1 2'; ,0 3221 0,93 0,02 0,00 I

б 2 ,2 35,3 2'.,0 2231 0,83 0,17 0,00 I

Ьлоокая точность п] о г но за (-.коло 87,') и гибкая струк'.ухс; ¡1 и:«;.--. входных дашшх поз^львт нопользлхать уазрабятанпоо п].-оI — рлллнол онюисчеа.ю в разллчних бпотохпологпчоских ьлллл.^л-елл.лч, пене ль л улллх П]оцгсс ьл; ллил'лыя ¡лл.ьоорпшллло л.

1. I „луало!алы млл.....алготллгмы л

мл для АСУ ТП выращивания млхгоорганллллв, облеплчиваллл- л реальном илелтабе ьрзмсна автоматически!; расчет и прогноз;п ова-н,.е основных показателе,'! производства микроорганизмов с целью повллолля выхода биомассы из единицы питательного субстрата и производительности промывлепных ферментеров.

2. Предложен метод разработки математической модели кинетики щоцосса впрапшхлния микроорганизмов, учитывающий детерми-пи]ованнун составляемую процесса и случайные факторы, не учтенные детерминированной подолья.

3. Разработаны алгоритмы определения дополнительной случайной величины в математической модели кинетики процесса в виде уравнений регрессий типа полиномов Чебишева, параболической второго порядка и ормитова кубического сплайна. Показано, что наибольшую точность прогноза дает регрессионное уравнение в виде ормитова кубического сплайна, менее точную - в виде полиномов Чебниева и параболической второго порядка.

Разработано специальное программное обеспечение для построения уточненной самонастраивающейся модели кинетики процесса выращивания микроорганизмов на конкретный технологический процесс.

5. Выявлено, что динамические характеристики процесса выращивания микроорганизмов можно определить на основе данных нормальной эксплуатация процесса с помощью метода моментов. Получат ."г,.то1:атнчггскяо модели динамики процесса в виде передаточных лун;::',::;; по различным каналам исследования. Разработано алгоритмч«'.сгао и программное обеспечение для определения динамических хлрчкт-.тнетш: промышленных ферментеров.

6. ¡¡оказано, ч:о процесс выращивания микроорганизмов иолто опенить с помощью классов интегрального состояния на основе ■::о;г^рнм?пталь!!11х данных с высокой степенью достоверности. Предложен алгоритм интегрально." оценки и разработано соответствую-г,ео программное обеспечение.

7. ''недгенио разработанного алгоритмического и программного обеспечения ¡¡а "зловском дрожжевом заводе позволило увеличить производительность дрохскорастительного аппарата на 3,2,'ь

за счет учета прогнозируемого значения концентрации дроняой и коррекции подачи пп-агщих компонентов в аппарат, что позволило сбалансировать процесс по питательным веществам. Геальный экономическим эффект от внедрения для одного аппарата составил 35038 рублей в год.

Основные гезультаты диссертационной работы опубликованы в работах:

I. Ануфриев ^.З., Рубцов З.М. Алгоритм определения кинетики роста микроорганизмов в промыаленннх ферментерах // Процессы и аппараты для микробиологических производств (Биотех-ника-89): Тез. докл. Зсесоюз. конф. - 1., 1989. - с. 63-63.

2. Ануфриев В.В., Рубцов В.М. Алгоритм определения динамических характеристик промыаленных ферментеров. - Воронеж: Воронеж, технолог, ин-т, 1989. - 48 с. - Деп. в АгроН'ЛЧТЭИПП 20.12.89., К 2157.

3. Ануфриев В.В., Рубцов З.М. Динамика роста микроорганизмов в промышленном ферментере. - Воронеж: Воронеж, технолог, ин-т, 1990. - 19 с. - Деп. в АгроНИЛТЗИПП 03.05.90., },? 2255.

'(. .Ануфриев В.В., Рубцов В.М. Оценка динамических характеристик промысленных ферментеров // Автоматизация технологических процессов в химической промизлоаности: Тез. докл. науч.-практ. сешичтгп. - Чодк<5;:нск, 199С. - с. 31-33.

5. Лнуфр.чов Г!ел;:;;'! Г.'Л., Рубц^г 3.1'!. .лг,аггг;::.':ая сис-

г"са унр^ясл,": ;г "ч 1 ' т"^;; [.г;,:.; орга'П';;:'о// 1'.-/^-

К'.'ЧЧ ■ >_''' ? 1 .. К".' ;:; >:; • ; ; ' ■ г: Ч. .' ;, ГО' '.а "К ' " ■ ■! '

Г.о,г;п№!::ю ь г/-ч. П.К'.Я. Бууя--:-. ■ г •••• . л. 1,0. Тира--: ТСС. ?аьч1з£26Бгсг.п.-у?нс.

-. ;.:!."; 1?. У С Г. ГП.