Система автоматического управления полунепрерывным процессом биосинтеза антибиотиков

(5)5 С 12 0 3/00 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вен й ОГО УПМ ПРО- ТИКОВ(56) Авторское свидетельство СССВ 905800, кл. 6 05 О 27/00, 1982.(54) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКРАВЛЕНИЯ ПОЛУНЕПРЕРЫВНЬЦЕССОМ БИОСИНТЕЗА АНТИБИ 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 осуществ(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 -о 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 входуЗО ЭЬ 40 ЬО 55 блока 1 О гарантированной коррекции, Второй вход которого соединен с выходом блока 5 реализации адаптивной модели, выход - соединен с первым входом второго ло 1 ического блока 11, второй вход которого соединен с первым выхоцом блока 8 оперативной памяти, блок перекл 1 очэГощего реле 12, первый вход которого соединен с первым выходом блока 8 оперативной памяти, второй вход - с вторым выходомблока 8 оперативной памяти и вторым 11 ходом второго логи- ч 8 скоГО блока 11, тфетий 1 вхОД - с Выходом второго логического блс 1 ка 11 и ворым входом блока 8 оперативной памяти, а Выход соединен с заданием регулятора 13 расхода питательного субстратаКонтур регулирования расхода питательного субстрата состоит из датчика 14 расхода, Выход которого подключен к входу регулятора 13 расхода питательного субстрата, связанноГО с испОлнительным механизмом 15, установленнь 1 м на линии подачи субстрата.Контур регулирования рН среды состоитиз датчика рН 16, выход которого подкл 1 О- чен к входу регулятора 17, связанного с исг 1 олнительным механизмом 18, установленным,на инии подачи титруюшего 1 агента.Ьлок реализации адаптивной модсли предназначен для вычисления параметров обьекта методом наименьш 1.1 Х квадратов по данным измерений прсцессэ, Для эффективного отслеживания изменения параметров в блоке адаптивной модели устаревшая информация Отбоасываетсл и каждый раэ В вычислении используется информация порядка десяти замероо.В блоке 6 коррекции и блоке 10 гарантированной коррекции производится опре- делениЕ программного,. оптимального управления по соответстоу;Ощей модели.Система автоматического управления полунепрерывным процессом биосинтеза антибиотиков работает следующим обра- ЗОМ,Сигналы с датчика 2 и анализаторов 3 и 4 концентраций питательного субстрата и ц 8 левОГО продукта Г 1 оступэ 10 т на ВхОд блоксреализации адаптивнй модели де на основании поступивших данных производится.корректировка пэрометоов Обьекта. В блоке 6 коррекции производится определение программного управления по составной модели. Составная модель представляет собой модель, значения параметров котс рой на текущем и последующем интервалах берутся разными. При Вычислении рэционзльного управления (Ор) В блоке 6 коорекции на текущем интервале иГ.поль:.у 1 отся скорректированные значения параметров, поступающих с блока 5 реализации адаптивной модели, э на последующем интервале -априорные значения с блока 7 постояннойпамяти. В первом логическом блоке 9 происходит выбор наихудших значений параметров на последующем интервале поформулеГЬ ЕСЛИ ЗОП ЗК Л ГК ЗОП ЯсАГн ЕСЛИ 3 СП Як Ь Гк3 ЦП Яс,э1 1где Гь, Гн - верхнее и нижнее граничныезначения -го параметра,Я - чувствительность текущего управ 1ления к-му значению параметра на текущем интервале;Яс - ЧУВСтВИтЕЛЬНОСтЬ ТЕКУЩЕГО УПРаэления к -Му значению параметра на последующем интервале.В блоке 10 гарантированной коррекциипроисходит определение управления О посоставной модели со скорректированнымизначениями параметра на текущем интервале и наихудшими значениями параметровна последующем интервале. Во втором логическом блоке 11 происходит провера соОтношения видаО.". О; (2)где Л О - отклонение текущей составляющей программного управления, вызванноеотклонениями текущих значений параметров (Ь О =О - ОР ), при этом О - программа управления, полученная напредыдущем тате;Ь Ок - отклонение текущей составляющей программного управления, вызванноеотклонением последующего значения парэметра, Л Ок = 1 Ок - ик 1;с- коэффициент, значение которогобольше или равно двум,Если соотношение (2) выполняется, тона 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 признаковпереключающим реле 12 выдается заданиерегулятору в виде значения скорректированного управления или управления, найденного на предыдущем такте.Блок 8 оперативной памяти содержитдва регистра, при этом в первом регистресодержится программа управления, найденная на текущем такте, а во втором - наи Оедыдущем, 1686003Если 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 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 к.В блоке 20 переприсвоения происходит наращивание индекса 1 на единицу. Блок 21 интегрирования осуществляет решение 20 дифференциальных управлений методом Эйлера, В блоке 22 варьирования управления происходит прием информации от блока 5 реализации адаптивной модели и первого логического блока 9 и определение 25 возмущенного управления (О = О+ Ь 0), Блок 23 градиента предназначен для определения градиента концентрации целевого продукта покомпонентно согласно выражению 30ЬХЬОХ 01, 02.0.,0 п - Х 01, 020 пЬ 0(3) 35 Определение расчетного управления определяется в расчетном блоке 24 по формулаЬХ0,=0,+Н - ,ЬОгде Н - шаг итерации. 40Далее в первом блоке 25 проверки условия проверяется достижение индексом к заданного значения. Во втором блоке 2 б проверки условия проверяется достижение градиентом концентрации целевого продук та заданного значения. Реализация блока 10 гарантированной коррекции возможна на управляющей ЭВМ, в том числе на микропроцессорной технике.Данная система автоматического уп равления процессом биосинтеэа обеспечи-вает увеличение выхода целевого продукта по ср;.анен 1 ю с известной эа счет коррекции управления по параметрам на текущем инта." яле,В таблице приведены сравнительные результаты моделирования видов управлений процессом биосинтеэа антибиотика (окситетрацихлин); истинного (1), априорного (2) и рационального (3). где Х - концентрация целевого продукта в конце процесса,Моделирование работы данной системы автоматического управления на примера ,;.равления процессом биосинтеэа окситет- эиэрна показало ее Зсфа"4 йн"ст (9 б,л при рациональном против 66,0при априорном управлении),Формула изобретения Сисема автоматического управления пслунепрерывным процессом бцасинтезэ, садержащая анализаторы концентраций субстрата и це/евого продукта, датчик уров" ня среды в Ферментере, контур регулировария рН средь. блок реализации адаптивной модели и олок коррекции, а т л и ч э ю щ а яс я там, что, с целью увеличения выхода целевого поодукта, она снабжена контуром регулиравания расхода питательного субстра-; та, блоками оперативной и постоянной памяти, двумя логическими блоками, блоком гарантированной коррекции и переключающим реле, при этим вход блока оеализации адаптивной модели соединен с анализаторами концентраций субстрата и целевого продукта и датчиком уровня среды в 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 регулятооом контура регулирования расхода питательного субстрата через блок оперативной памяти и переключающее реле, выход первого логического блока соединен с первым входом блока гарантированной коррекции, выход которого соединен с первым входом вторсго 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..Шмакова да Проиаводственно-иЗдэтелъский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аэ 3577 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ113 ОЭ 5, Москва, Ж, Рауаская наб., 4/5