间歇发酵非线性时滞动力系统的鲁棒优化讨论摘要：主要讨论微生物间歇发酵过程中的非线性时滞动力系统及其主要性质，建立了具有动力系统为主要约束、有连续与离散两种辨识参量、依据实验数据与生物系统鲁棒性为性能指标的优化和最优控制模型，阐述了此类辨识模型与最优控制模型的建立方法、数值模拟方法及优化计算方法。关键词：非线性动力系统时滞系统鲁棒优化微生物发酵时滞系统的优化与控制是寻找恰当的时滞量使得在满足一定的约束条件下，性能指标达到最优。近年来，关于时滞系统优化与控制讨论成为优化和控制界的一个讨论热点。目前关于非线性动力系统优化与控制的讨论成果主要集中在无约束、无时滞条件下的讨论，然而，约束条件（特别是状态约束）、时滞现象等广泛存在于实际工程问题中。已有的讨论方法不适用于具有约束的、含有时滞的切换系统的优化和控制问题。从而引出了许多典型而又基础性的问题。众所周知，石油价格不断升高，使生物基化学品的生产倍受国内外关注。1，3-丙二醇（简称 1，3-PD）是重要的化工原料，主要用做聚酯、聚醚和聚氨酯的单体与溶剂、扰冻剂、保护剂等。早在 1881 年就有将甘油经微生物发酵转化为 1，3-PD 的论述，但没有引起人们的关注。目前工业上主要是用化学合成法生产 1，3-PD，但是该方法需要高温、高压和昂贵的催化剂。由于微生物发酵法生产 1，3-PD 的低消费、高产量和无污染等特点，使得它越来越引起人们高度重视。1 发酵工艺微生物法生产 1，3-PD 的数学讨论大多针对 3 种不同的工艺生产过程：间歇发酵、连续发酵和批式流加发酵[1]。间歇发酵就是把微生物量和甘油根据一定的比例一次性地加入到反应器具中，一直等到底物的浓度趋于零为止。连续发酵是持续不断地以一定速率往反应器具里加入甘油，同时以一定速率从反应器具里取出已经生成好的产物，但在整个过程中必须保持反应器具中的总体积保持不变。批式流加发酵包括两个过程，一个是流加过程：甘油连续地加入到反应器具中去；另一个是间歇过程：停止甘油的加入；批式流加发酵就是在流加过程与间歇过程之间不断切换的过程，整个过程中反应器具中的液体都没有流出。2 发酵动力学甘油歧化生产 1，3-PD 的过程动力学包括以下 3 个动力学：微生物自身生长动力学；底物消耗动力学；产物生成动力学。曾安平等人在 1994年提出了一个过量动力学模型来刻画底物的消耗和胞外产物的生成。随后，为了更加逼真地刻画发酵过程的过渡响应，修志龙等...
