Система автоматического управления полунепрерывным процессом биосинтеза антибиотиков

 

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для автоматического управления полунепрерывным процессом микробиологического синтеза антибиотиков, лизина. Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта за счет повышения эффективности Функционирования системы. Система содержит текущую идентификацию, локальную оценку параметров объекта и коррекцию управления по составной прогнозирующей модели. 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ COB ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РеспУБлик (5»5 С 12 Q 3/00 госудАРственный кОмитет

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4731642/13 (22) 22.08.89 (46) 23.10.91. Бюл. М 39 (71) Грозненское научно-производственное объединение "Промавтоматика" (72) В. А. Монькин и А, М. Петровский (53) 663.1(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 905800, кл. 6 05 D 27/00, 1982. (54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОЛУНЕПРЕРЫВНЫМ ПРОЦЕССОМ БИОСИНТЕЗА АНТИБИОТИКОВ

Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для автоматического управления полунепрерывным процессом микробиологического синтеза.

Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта эа счет повышения эффективности функционированйя системы,,.; Доставленная цель достигается использованйем в процессе коррекции управления модели со скорректированными значениями параметров на текущем интервале и априорными на последующем, причем корректирующий эффект обеспечивается гарантированно, для чего предварительно определяется наихудшее с точки зрения коррекции управления значение параметров на после-дующем интервале. оценивается ситуация коррекции и, если гарантированность результата коррекции соблюдается, реализуется скорректированное управление, если . нет — реализуется управление, найденное на предыдущем такте. Таким образом, расчет управления на каждом такте осуществь Ы 1686003 Al (57) Изобретение относится к биотехнологии и может быть использовано для автоматического управления полунепрерывным процессом микробиологического синтеза антибиотиков, лизина. Целью изобретения является увеличение выхода целевого продукта за счет повышения эффективности

Функционирования системы. Система содержит текущую идентификацию, локальную оценку параметров объекта и коррекцию управления по составной прогнозирующей модели. 2 ил., 1 табл. ляется по уточненной модели, что обеспечивает повышение эффективности функционирования системы и увеличение выхода целевого продукта.

На фиг. 1 представлена схема системы автоматического управления полунепрерывным процессом биосинтеэа; на фиг. 2 -o блок гарантированной коррекции.

Система содержит контуры регулирования рН среды и расхода питательного субстрата в ферментере 1, датчик 2 уровня, анализаторы 3 и 4 концентраций питательного субстрата и целевого продукта, подключенные к входу блока 5 реализации адаптивной модели, блок 6 коррекции, первый вход которого подключен к выходу блока 5 реализации адаптивной модели, второй вход — к выходу блока 7 постоянной памяти, а выход- к первому входу блока 8 оперативной памяти, первый логический блок 9, первый вход которого соединен с выходом блока 5 реализации адаптивной модели, второй вход- с выходом блока 7 постоянной памяти, а выход подключен к первому входу

1686003 блока 10 гарантированной коррекции, Второй вход которого соединен с выходом блока 5 реализации адаптивной модели, выход— соединен с первым входом второго логического блока 11, второй вход которого соединен с первым выхоцом блока 8 оперативной памяти, блок перекл очэ ощего реле 12, первый вход которого соединен с первым выходом блока 8 оперативной; памяти, второй

ВХОД с ВтОрым ВыхоДом блока 8 Оперативной памяти и вторым Входом второго логическОГО блока 11, третий вхОД с Выходом второго логическогэ блока 11 и вторым входом блока 8 оперативной памяти, а Выход соединен с заданием регулятора 13 расхода питат8льнОГО субстрата,.

Контур регулирования расхода питательного субстрата состоит из датчика 14 расхода, Выход которого подключен к входу регулятора 13 р"ñ:õîäà :.питательного су6стрэта, связанноГО с испОлнительным меха низмом 15, установленным на линии подачи субстрата.

Контур регулирования рН среды состоитиз датчика рН 16, выход которого подключен к входу регулятора l7, связанного с исполнительным механизмом 18, установленным,на линии подачи ти тру юще ГО агента.

Ьлок реализации :äç ITèÂíoÉ модсли предназначен для вычисления параметров объекта методом наименьших квадра»ов го данным измерений прс цессв. Для эффективного отслеживания изменения параметров в блоке адаптивной модели устаревшая информация ОтбоасываетсII и каждый р83 В

Вычислении используется информация порядка десяти зэмерОВ.

В блоке 6 коррекции и блоке 10 гарантированной коррекции производится определениЕ программно -о, оптимального управления по соответству;Ощей модели.

Система автоматического управления полунепрерывным процессом биосинтеза антибиотиков работает следующим образом, Сигналы с датчика 2 и анализаторов 3 и

4 концентраций питательного субстрата и целевого продукта поступают на вход блока

5 реализации адаптивной модели, где на эсновании поступивших данных произвоДится корректировка парвметров Объекта. В блоке 6 коррекции производится определение программного управления по составной модели. Составная модель представляетсобой модель, значения параметров котс рой на текущем и последующем интервалах берутся разными. При Вычислен:Ли рационального управления (U ) в блоке 6 коррекции на текущем интервале испол ь:!.,лотся скоррекЗО

55 тированнце значения параметров, поступающих с блока 5 реализации адаптивнОй модели, а на последующем интервале— априорные значения с блока 7 постоянной памяти. В первом логическом блоке 9 происходит выбор наихудших значений параметров на последующем интервале по формуле

rb если sign S» hr»= sign Sc д

А

Гн если sign $» Л r» МЦп Se, э

1 где rb, rH — верхнее и нижнее граничные значения l-го параметра, S» — чувствительность текущего управI ления к!-му значению параметра на текущем интервале;

S< — чувствительность текущего управl ления к l-му значению параметра на последующем интервале.

В блоке 10 гарантированной коррекции происходит определение управления U по составной модели со скорректированными значениями параметра на текущем интервале и наихудшими значениями параметров на последующем интервале. Во втором логическом блоке 11 происходит проверка соотношения Вида

Локк > l ËU, (2) где Л U — отклонение текущей составляющей программного управления, вызванное отклонениями текущих значений параметров (Ь О» = О» — U<< I), при этом U» — программа управления, полученная на предыдущем такте;

h Uc» — отклонение текущей составляющей программного управления, вызванное отклонением последующего значения парэметра, h.U» = U» — сгк1; с

1 — коэффициент, значение которого больше или равно двум, Если соотношение (2) выполняется, то на выходе второго логического блока 11 выдается "1", соответствующая признаку использования скорректированного управления, в противном случае выдается "О"— признак по использованию управления, найденного на предыдущем такте.

На основании полученных признаков переключающим реле 12 выдается задание регулятору в виде значения скорректированного управления или управления, найденного на предыдущем такте.

Блок 8 оперативной памяти содержит два регистра, при этом в первом регистре содержится программа управления, найденная на текущем такте, а во втором — на и Оедыдущем.

1686003

Если с второго логического блока 11 принимается "1", то в блоке 8 оперативной памяти происходит перезапись программы иэ первого регистра во втооой; если "О.", то вычеркивается текущий элемент предыду- 5 щего такта программы управления во втором регистре.

Регулирование рН среды и расхода питательного субстрата в ферментаторе осуществляется с помощью соответственно 10 регуляторов 13, 17 и исполнительных механизмов, воздействующих на подачу титрующего агента и питательного субстрата.

В блок 19 присвоения поступает инфор-. мация от блока 5 реализации адаптивной 15 модели и первого логического блока 9 и производится обнуление индекса k.

В блоке 20 переприсвоения происходит наращивание индекса k на единицу. Блок 21 интегрирования осуществляет решение 20 дифференциальных управлений методом

Эйлера. S блоке 22 варьирования управления происходит прием информации от блока 5 реализации адаптивной модели и первого логического блока 9 и определение 25 возмущенного управления (О» = 0» + Л0»).

Блок 23 градиента предназначен для определения градиента концентрации целевого продукта покомпонентно согласно выражению 30

ЛХ

AU

01, 02," 0» ",Un Х 01 02 ." Оп

Л0» (3) 35

Определение расчетного управления определяется в расчетном блоке 24 по формула

ЬХ

0,-0„+ Н вЂ”, ЛО» где Н вЂ” шаг итерации. 40

Далее в первом блоке 25 проверки условия проверяется достижение индексом k заданного значения. Во втором блоке 26 проверки условия проверяется достижение градиентом концентрации целевого продук- 45 та заданного значения. Реализация блока

10 гарантированной коррекции возможна на управляющей ЭВМ, в том числе на микропроцессорной технике.

Данная система автоматического уп- 50 равления процессом биосинтеэа обеспечи- ° вает увеличение выхода целевого продукта по ср;.внению с извес.:ной эа счет коррекции управления по параметрам на те»ущам

v,íòÿI" яле.

В таблице приведены сравнительные результаты моделирования видов управлений процессом биосинтеэа антибиотика (окситетрацихлин); истинного (1). априорного (2) и рзциональногo (3). где Х вЂ” концентрация целевого продукта в конце процесса, Моделирование работы данной системы а томатического упра:.зленил на примера у..равле.чля процессом биосинтеза окситетрэ, ЙклиHr3 показало ее ЗОфскт лвн",зсть (96, $ при рациональном г ротив 66,0; при а ..риорном управлении), Формула изобретения

Сис" ема автоматическо о управления пслунепрерывным процессом б ласинтезэ, содержащая анализаторы концентраций субстрата и це/!евого продукта, датчик уровня среды ";: Ферментере, контур регулировария рН среды. блок реализации адаптивной модели и блок коррекции, а т л и ч а ю щ а яс я там, что, с целью увеличения выхода целевого продукта, она снабжена контуром

perynиравания расхода питательного субстра-; та, блоками оперативной и постоянной памяти, двумя логическими блоками, блоком гарантированной коррекции и переключающим реле, при этим вход блока реализации адаптивной модели соединен с анализаторами концентраций субстрата и целевого продукта и датчиком уровня среды s ферментере, г выход — с блоком коррекции, с вторым входом блока гарантированной коррекции и первым входом первого логического блока, блок постоянной памяти соединен с первым логическим блоком и блоком коррекции, а выход последнего соединен с регулятором контура регулирования расхода питательного субстрата через блок оперативной памяти и переключающее реле, выход первого логического блока соединен с первым sxoдом блока гарантированной коррекции, выход которого соединен с первым входом вторсгo логического блока, второй вход которого соединен с первым выходом блока оперативной памяти, а его выход- с первым входом блока оперативной памяти и перекл ючающим реле.

0м Елка 5 У

AzZ

Составитель Г.Богачева

Редактор И.Шмакова Техред M,Moðãeíòàë Корректор ТМ злец

Заказ 3577 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113ОЭ5, Москва., Ж-35, Раушская наб., 4)5

Производственно-издательский комбинат "Патент", t. Ужгород, ул.Гагарина, 101