微生物发酵非线性时滞动力系统的参数辨识与鲁棒性

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gelsy1982
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本文以肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella peneumoniae)进行甘油歧化生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的间歇到连续发酵过程为背景,基于发酵过程中出现的时滞现象,考虑甘油被动跨膜运输,1,3-PD主被动结合跨膜运输的情况,针对甘油歧化生产1,3-PD酶催化的还原路径动力学模型,考虑时滞因素的影响,建立了相应的时滞非线性动力系统,论证了时滞系统的基本性质,给出了鲁棒性定义,建立相应的系统辨识模型,并对问题进行数值计算,以求得最优时滞参数。本文的主要工作可概括如下:1.在酶催化的微生物发酵生产1,3-PD的过程包含细胞内和细胞外两个发酵环境,这两个发酵环境是通过底物和产物的跨膜转运联系起来的,因此胞内外的物质浓度变化存在一定的时滞现象。本文考虑到实际发酵试验中存在的时滞现象,假定甘油的跨膜运输方式为被动,1,3-PD的跨膜运输方式为主动加被动,考虑三羟基丙醛(3-HPA)对细胞生长的抑制作用,分别对细胞外的1,3-PD和细胞内的甘油、1,3-PD以及3-HPA的浓度引入时滞参量,建立了时滞非线性动力系统,并给出了相应的非线性时滞动力系统的适定性分析。2.给出系统近似稳定性的定义。考虑到细胞内物质的难以测量性,基于参量的扰动我们给出最大相对偏差的定义并以此给出了细胞内物质的鲁棒性的描述。以胞外实测值与模拟值得相对误差和鲁棒性作为性能指标给出时滞参量辨识模型,并证明了时滞系统解集和允许时滞参量集的紧性并以此证明了辨识模型是可辨识的。3.基于本文提出的模型和相关性质的证明,利用均匀随机投点的方法我们给出了时滞非线性系统时滞参量的求解算法,并通过本文提出的算法我们求出了系统的时滞参量并做了相应的鲁棒性分析。
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