Введение к работе
Актуальност*. работы. Биотехнология сегодня - приоритетное направление, во многом определяющее технический и социальный прогресс общества. Это - комплексная многопрофильная область, охватывающая микробиологический синтез, генную и клеточную инженерию, задача которой - решение насущных проблем в таких отраслях промышленности, как пищевая, медицинская, витаминная, сельское хозяйство. По прогнозу экспертов ЮНЕСКО к 2000 году объем продукции, получаемой в мире с помощью биотехнологических методов, превысит 70 миллиардов долларов, в том числе в энергетике - 16, пищевой промышленности - 13, производстве химических продуктов -Эй сельском хозяйстве - 8 миллиардов долларов.
Особенности биотехнологчческого процесса, как объекта управления,, влияние множества факторов на рост микроорганизмов, сложность технологического регламента, существенная нестационарность, низкая воспроизводимость процесса обуславливают як-туальность проблемы управления процессом культивирования нь -роорганизмов.
Серьезные предпосылки для комплексной разработки вопросов моделирования и управления биотехнологическими процессами созданы трудами известных ученых: Кафаровым В.В., Винаровым А.Ю.і Бирюковым В.В., Кантере В.М., Зудиным Д.В., Блохиной И.Н., Станишкисом Ю.-К.Ю., Гордеевнм Л.С, Крыловым Ю.М., Ануфриевым В. В. и другими.
Цель работы.Построение математических моделей кинетики и динамики с учетом статистических параметров и распределенности производственных систем, на основании которых в дальнейшем разрабатываются системы адаптивного управления и аппаратно-" технические средства, работающие в реальном масштабе времени и предназначенные для повышения эффективности работы промышленных ферментеров.
Научная новизна. Проведено моделирование кинетики роста популяции микроорганизмов на основе модели Ферхюльста-Гаузе, учитывающей гибель клеток.
Разработана математическая модель динамики наиболее значимых факторов процесса культивирования,. которая учитывает кинетику основных микробиологических процессов для микроорганиз-
мов расы Saccharomyces cerevislae.Проведена идентификация различных вариантов трехсубстратных зависимостей удельной скорости роста, отражающих возможные механизмы протекания процесса, и выбрана подходящая. Характерными особенностями разработанной модели являются: учет влияния на рост биомассы трех субстратов (углеводов, азота и фосфора), в отличие от обычно используемых при моделировании рассматриваемого процесса одно- и двух- субстратных зависимостей, а также учет слагаемых,описывающих скорость подачи питательных веществ в ферментер.
Разработана математическая модель динамики, учитывающая изменение во времени и распределение в пространстве объекта температуры культуральной среды и концентрации микроорганизмов. С помощью предложенной модели определены динамические характеристики ферментера по каналу "температура культуральной средн-концёнтрация микроорганизмов" и выявлены важные закономерности, которые необходимо учитывать при разработке подсистем контроля и управления.
Практическая значимость работы. Реализована адаптивная система автоматического управления периодическим процессом культивирования микроорганизмов. Введение в систему дополнительно дискретных дифференциаторов с запоминанием и блоков обратной связи позволяет следить за изменением задания, уменьшить колебательность и длительность переходных процессов и обеспечить высокое качество управления. Система обеспечивает значительное улучшение характеристик переходного процесса и способствует повышению выхода дрожжей как в накопительный период, так и в период с отборами. Внедрение системы на АООТ "Дрожжи" (г.Воронеж) позволило увеличить производительность ферментера на 3,2 %. Реальный экономический эффект от внедрения составил 259,9 миллиона рублей (по ценам 1996 г., февраль) из расчета на один ферментер.
Разработана система адаптивного управления периодическим процессом культивирования с подпиткой, реализующая концепцию сбалансированного питания, основанная на использовании параметрической адаптации.
Разработано устройство, предназначенное' для гибкого изменения программы подачи питательных сред в ферментер.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались в работе следующих научных
форумов: "Информационные технологии и системы" (Воронеж, 1993 г.), ХХХШ отчетной научной конференции за 1993 год (Воронеж,
-
г.), IY Всероссийской научной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (Ярославль,1994 г.), международной научно-технической конференции "Автоматизация биотехнических систем в условиях рыночной экономики и конверсии" (Москва, 1994 г.), XXXIY отчетной научной конференции за
-
год (Воронеж,1994 г.), международной конференции "Математические методы в химии и химической технологии" (Тверь, 1995 г.) и на научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Воронеж, 1995 г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 работ, в том числе одно положительное решение Всероссийского научно-исследовательского института патентной экспертизы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, основных выводов, списка литературы из 190 наименований и приложений. Материал диссертации изложен на 133 страницах. Работа содержит 13 таблиц и 13 рисунков. Объем приложений 31 страница.
![Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]](/i/i/4409/168295.png "Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс] Склярова Татьяна Петровна")
