Оптимальное управление отбором биомассы из аппарата
https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-3-68-74
Аннотация
Представлен вариант решения задачи оптимального управления отбором биомассы из аппарата с использованием принципа максимума Понтрягина. В качестве критерия оптимальности выбрана максимальная продуктивность аппарата. На конечномерном пространстве определяется функция Понтрягина, функция Гамильтона и концевая функция. Для описания динамики развития популяции дрожжей используется уравнение Ферхюльста–Гаузе. Доказано, что оптимальное управление (в смысле выбранного критерия) возможно при найденных соотношениях коэффициента естественного роста ε и коэффициента β, учитывающего внутривидовую конкуренцию микроорганизмов. Для определения оптимального значения концентрации микроорганизмов и величины отбора биомассы необходимо по ходу процесса культивирования определять численные значения коэффициентов модели ε и β. Представлен метод определения коэффициентов модели и оптимального значения отбора биомассы из аппарата. Разработаны алгоритм и система оптимального управления отбором биомассы из аппарата, отличающаяся тем, что в ней используются найденные теоретические соотношения названных коэффициентов. Для исследования системы оптимального управления был проведен машинный эксперимент с использованием опытных данных о почасовом накоплении микроорганизмов, снятых на Воронежском дрожжевом заводе. Данные были получены для 13 часового процесса культивирования с отбором культуральной среды после 6 часа. Отбор ведется таким образом, что накопление (концентрация дрожжей) Х во время отбора остается неизменной при постоянном отборе культуральной среды. То есть забирается объем биомассы, равный объему среды, подаваемой с подпиткой. Получены графики почасового изменения концентрации дрожжей и динамика отбора. Анализ результатов показывает, что использование такой системы в процессе управления дрожжевым производством позволяет сократить время культивирования на 1 час.
Об авторах
Ю. Е. Кожевников
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Россия
Россия
Н. В. Суханова
Воронежский государственный университет инженерных технологий
Россия
Россия
Список литературы
1. Ануфриев В.В., Кожевников Ю.Е., Суханова Н.В. Одно решение задачи кинетики роста микроорганизмов // Проблемы химии и химической технологии: тез.докл. 2 ой региональной научной конференции. Тамбов, 1994. С. 126 – 127.
2. Галлеев Э.М., Зеликин М.И., Конягин С.В. Оптимальное управление. М: Изд-во МЦНМО (Московский центр непрерывного математического образования), 2008. 320 с.
3. Покорный Ю.В. Оптимальные задачи. М: Изд-во Регулярная и хаотичная динамика, 2008. 160 с.
4. Сухарев А.Г., Тимохов А.В., Федоров В.В. Курс методов оптимизации: учеб. пособие. М: Изд-во Физматлит, 2008. 368 с.
5. Grognard F., Akhmetzhanov A. R., Bernard O. Optimal strategies for biomass productivity maximization in a photobioreactor using natural light // Automatica. 2014. V. 50. №. 2. P. 359-368.
6. Liu C., Gong Z. Optimal control of switched autonomous systems // Optimal Control of Switched Systems Arising in Fermentation Processes. Berlin Heidelberg: Springer, 2014. P. 77-87.
7. Basset N. et al. Integrating the selection of PHA storing biomass and nitrogen removal via nitrite in the main wastewater treatment line // Bioresource technology. 2016. V. 200. P. 820-829.
8. Aloisio J. M., Tuininga A. R., Lewis J. D. Crop species selection effects on stormwater runoff and edible biomass in an agricultural green roof microcosm // Ecological Engineering. 2016. V. 88. P. 20-27.
9. Casler M. D., Vogel K. P. Selection for biomass yield in upland, lowland, and hybrid switchgrass // Crop science. 2014. V. 54. №. 2. P. 626-636.
10. Суханова Н. В. Оптимальное управление процессом выращивания микроорганизмов при конкурентном взаимодействии двух популяций // Системный анализ и моделирование процессов управления качеством в инновационном развитии агропромышленного комплекса: материалы II международной научно - практической конференции. Воронеж. гос. ун-т инж. технол. Воронеж, 2016. С. 76 –78
Рецензия
Для цитирования:
Кожевников Ю.Е., Суханова Н.В. Оптимальное управление отбором биомассы из аппарата. Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий. 2017;79(3):68-74. https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-3-68-74
For citation:
Kozhevnikov Yu.E., Sukhanova N.V. Optimal control of biomass from the selection apparatus. Proceedings of the Voronezh State University of Engineering Technologies. 2017;79(3):68-74. (In Russ.) https://doi.org/10.20914/2310-1202-2017-3-68-74
Просмотров:
560
Послать статью по эл. почте 
Оставить комментарий 
