第五届ABB杯全国自动化系统工程师论文大赛论文集
占空比控制在生物发酵温度控制中的应用
黄福彦蔡玉芬徐珺洁
（杭州盈控自动化有限公司，杭州311215）
347
摘要：生物发酵过程是复杂的反应过程，需要控制温度，压力，流量，pH等多个参数，由于温度对象是具有大时滞，时变不确定的特性，简单的单回路控制经常导致温度大幅震荡，不仅浪费能源，更导致产品质量不稳定。针对这一问题，本文以发酵罐的温度为研究对象，以冷热水作用的时间占空比来控制发酵罐的温度。工程应用结果表明该算法不仅有效地控制发酵罐的溢度误差在±0.3℃范围内，还有效地提高能源的利用率与效率。
关键词：发酵温度控制
占空比
Applicationsof DutyControlFermentationTemperature
Huang Fu-yanCAI YufenXU Jun jie
(Hangzhou Winmation Automation Co. , Ltd, Hangzhou, 311215)
Abstract: Fermentation process is a complex reaction process, the need to control during thefermentation temperature, pressure, flow, pH and other parameters, due to temperature object is a long time delay, uncertain time - varying characteristics, the simple single loop temperature control often results in significant overshoot, re sulting in temperature shock back and forth, not only a waste of energy, but also lead to product quality is unsta-ble. To solve this problem, this paper fermentation temperature for the study, the role of time in hot and cold water pipes to control the duty cycle of the temperature of the fermentation tank. Application results show that the algo-rithm not only effectively control the fermentation temperature within ±0. 3°C, also effectively improve the energy utilization and efficiency.
Keywords: Fermentation; Temperature control; Duty
1概述
生物发酵是我国医药生产的一个传统的产业，为国民经济建设发挥着重要的作用，但是生物发酵过程是个极其复杂的生化反应过程，发酵期间需要监控温度，压力，流量，pH等多个参数，由于菌体对温度参数非常敏感，所以温度是生物发酵所有参数中最重要的一个参数，
发酵温度低于最适温度，菌体生长缓慢；而温度高于最适温度，机体的重要组成部分可能会被破坏。因此，严格保持菌体的生长繁殖和生物合成所需要的最适温度，对稳定发酵、缩短发酵周期、提高发酵单位和产量，具有很大作用(）。
由于温度对象具有大时滞，时变不确定的特性，简单的单回路控制经常导致菌体温度大幅超调，使被控的菌体温度反复震荡，这样不仅浪费大量的能源，更导致产品质量不稳定，因此发酵罐温度控制的效果将决定着整个医药行业的发展状况。近年来模糊控制、神经网络控制、预测控制等智能控制技术也取得了长足的发展2)，并逐步运用到生物发酵工程中，虽然这些先进的算法应用在一定程度上提高了温度控制的效果，但仅能将发酵罐的温度控制在±0.5℃内[3]，仍无法满足生物发酵对温度参数的苛刻要求。