Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов

 

СО!ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС1ЪИЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (191 (111

А1 (so 4 С 12 Q 3/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3811351/28-13 (22) 22.1).84 (46) 30.04.86. Бюл. № 16 (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (72) Д.Я. Левишаускас и Ю.-К.Ю. Станишкис (53) 663.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 602541, кл. С 12 (3/00, !976.

Авторское свидетельство СССР № 488847, кл. С 12 Q 3/00, 1972. (54) (57 ) CHCTEMA АВТОМАТИЧЕСКОГО

УПРАВЛЕНИЯ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

КУЛЬТИВИРОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ, содержащая контур регулирования температуры с датчиком температуры, соединенным с исполнительными механизмами на линиях подачи охлаждающего и подогревающего агентов через регулятор температуры, анализаторы концентраций микроорганизмов и целевого продукта, блок определения управляющего воздействия и блок реализации адаптивной модели, входы последнего связаны с анализаторами концентрации микроорганизмов и целевого продукта и датчиком температуры, а выход — с блоком определения управляющего воздействия, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения выхода целевого продукта, она снабжена программным блоком, анализатором концентрации субстрата и последовательно соединенными блоком сравнения, блоком умножения и сумматором, выход пос" леднего подключен к регулятору температуры, при этом выходы блоков определения управляющего воздействия и программного подключены к входам блока сравнения, вход блока умножения и анализатор концентрации суб.страта связаны с блоком реализации адаптивной модели, а вход сумматора соединен с программным блоком.

1227664 ком. !

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для управления периодическим процес— сом микробиологического синтеза,, например, пенициллина.

Цель — повышение выхода целевого продукта.

Система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов содержит контур регулирования температуры с датчиком температуры, соединенным с исполнительными механизмами на линиях подачи охлаждающего и подогревающего агентов через регулятор тем— пературы, анализаторы концентрации микроорганизмов, субстрата и целевого продукта, блок определения управляющего воздействия, блок реализа— ции адаптивной модели, вход поспеднего связан с анализаторами концентраций микроорганизмов и целевого продукта и датчиком температуры, а выход — с блоком определения управляющего воздействия, а также программный блок и последовательно сое— диненные блоки сравнения, умножения и сумматор, выход последнего подключен к регулятору температуры, при этом выходы блоков определения уп— равляющего воздействия и программного подключены к входам блока сравнения, вход блока умножения связан с бпоком реалнзации адаптивной модели, а вход сумматора связан с программным блоНа чертеже представлена блок-схе» ма системы управления.

Система содержит контур регулиро— вания температуры среды в ферментере

1, состоящий из датчика 2 температуры, соединенного с регулятором 3 температуры, выход последнего связан с исполнительными механизмами 4 и

5, установленными на линиях подачи охлаждающего и подогревающего агентов, и контур коррекции температуры среды, состоящий из анализаторов 6, 7 и 8 концентраций микроорганизмов, субстрата и целевого продукта соот— ветственно, датчика 2 температуры, соединенных с блоком 9 реализации адаптивной модели, последовательно соединенных блока 10 сравнения, блока 11 умножения и сумматора 12, при этом вход блока 11 умножения связан с блоком 9 реализации адаптивной модели, Г>л к а 1 3 о i I ределения уп равля5 !

О

1$

ЗО

g0 ющего воздействия, вход последнего связан с выходом блока 9 реализации адаптивной модели, а выход — с входом блока 10 сравнения, и программного блока 14, связанного с входами блока

10 сравнения и сумматора 12, а выход последнего связан с исполнительными механизмами 4 и 5 через задающий вход регулятора 3 температуры.

Управление периодическим процес— сом реализуется следующим образом.

В ферментере 1 осуществляется процесс периодического культивирова— ния микроорганизмов. В дискретные моменты времени сигналы анализаторов

6, 7 и 8 соответственно концентраций микроорганизмов, субстрата и целевого продукта и датчика 2 температуры поступают на блок 9 реализации адаптивной модели, в котором проводится оценка состояния ферментационной среды и подстройка параметров адап— тивной модели, связывающей динамику накопления целевого продукта, микроорганизмов и потребления субстрата с наблюдаемыми переменными процесса и температурой ферментационной среды. Информация из блока 9 адаптивной модели поступает на блок 13 определения управляющего воздействия, ко— торый вырабатывает сигнал коррекции температуры среды, соответствующий текущим значениям переменных и параметров адаптивной модели. Сигнал из блока 13 определения управля— ющего воздействия поступает на блок

10 сравнения, на другой вход последнего поступает сигнал U из программного блока 14, соответствующий оптимальному для данного момента времени уровню температуры для типичной ферментации. На выходе блока 10 сравнения сигнал Пю равен разности сравниваемых сигналов

bio !<

В блоке 11 Ho eHnH n nai U умножается на весовой коэффициент

К (К-=0-1), вычисляемый в блоке 9 адаптивной модели, который характеризует уровень несоответствия адаптивной модели реальному процессу в текущий момент времени (при полном соответствии К=1). Коэффициент вычисляется по счедунищему алгоритму

1227664,л, л где Х,S,Ð

ВНИИПИ Заказ 2263/27 Тираж 490

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 оценки значений концентраций микроорганизмов, субстрата и целевого продукта соответственно, полученные при помощи алгоритмов фильтрации;

Х,S,Р— прогнозируемые при помощи адаптивной математической модели значения концентраций микроорганизмов, субстрата и целевого продукта соответственно.

Сигнал U« иэ выхода блока 11 умножения (U« =KUäo ) поступает на вход сумматора 12 сигналов, на второй вход последнего поступает сигнал из программного блока 14, соответствующий оптимальному для данного момента времени значению температуры типичной ферментации. На выходе сумматора

12 вырабатывается сигнал U1

" 1 =" (+" = - и+ П о который поступает на задающий вход регулятора 3 температуры. На выходе регулятора 3 вырабатывается сигнал, соответствующий разности сигналов на задающем входе и на входе обратной связи по температуре, связанном с датчиком 2 температуры, изменяющий положение регулирующего органа 4 или 5 и, таким образом, температуру ферментационной среды.

Использование предлагаемой системы автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов позволяет увеличить по сравнению с прототипом выход целевого продукта, в частности пенициллина, до 4,67.