非线性规划在生物代谢仿真过程中的应用

随着系统生物学研究的不断深入,生物过程网络的规模逐步拓展,其模型的复杂程度也越来越高,数值积分等常规方法很难求解生物代谢网络这类大规模复杂动态系统,客观上需要新的分析方法去应对。针对典型的酿酒酵母糖酵解途径的动态模型,首先利用Matlab进行常规的数值积分求解,以此作为参照,提出将糖酵解的动态模型离散化后利用非线性规划解题器IPOPT进行动态仿真的思路,采用不同的离散步长,计算得到不同的仿真结果。计算结果显示,通过调整计算参数,IPOPT可得到与参照一致的仿真结果,这表明非线性规划可作为分析优化生物过程这类大规模复杂动态系统的新方法,为下一步进行模型参数估计、多目标动态优化等打下基础。     

酿酒酵母代谢过程的振荡分析

振荡现象是生物的固有特征,在不同生物动态过程中都起着重要作用。为探究生物代谢过程中振荡产生的条件,以典型的酿酒酵母发酵生产乙醇过程为研究对象,采用函数连续性分析方法对其数学模型进行深入研究。首先对系统进行仿真,结合相图确认该过程存在等幅持续振荡现象（极限环振荡）;以此为切入点,利用分叉分析方法考察模型参数对系统振荡现象的影响;最后根据结果分析系统产生振荡现象的条件。结果显示,该代谢途径中各步反应均有参数会对系统的振荡现象产生影响,得出产生极限环振荡的参数范围,同时根据结果分析,为今后抑制振荡或利用振荡有利特性提供指导。     

化工过程实时优化策略研究综述

综述化工过程实时优化方法的研究现状和发展动态,内容包括工业自动化系统的一般结构、实时优化基本原理、实时优化的设计方法及需解决的一些问题等.实时优化功能介于工厂自动化系统的计划/调度与基础控制功能中间,扮演实现预期经济目标的角色,即在满足安全、质量、环保和设备约束的条件下,降低消耗或提高利润.实时优化是把实际测量信息反馈到基于模型的最优规划问题中,借助串联结构,实现包括多个相关基础反馈回路在内的最优反馈控制功能.将测量信息用于提高模型准确度、修正最优规划问题、直接构造控制输入等,不断发展形成了实时优化的不同设计方法.算法的收敛性、在线性能评估、集成化应用支撑技术开发等代表了实时优化发展的方向.     

生物絮凝剂产生菌的筛选及培养条件优化

从林下土壤中筛选得一株产絮凝剂的细菌XMX-1（其产生的絮凝剂命名为XMX-1F）;研究结果表明：玉米淀粉、玉米浆是廉价的碳氮源;通过乙醇提取的方法,从发酵液离心后的上清液中获得絮凝剂粗产品7．685g/L;通过蒽酮反应、紫外扫描以及红外扫描等多种方法手段分析确认XMX-1F是以多糖为主的高分子絮凝剂,多糖含量为77．87％;在实际废水处理方面,通过XMX-1F对模拟洗煤废水的应用研究表明,其应用到处理实际洗煤废水中的前景是可观的．     

生物絮凝剂产生菌的筛选及培养条件优化

从林下土壤中筛选得一株产絮凝剂的细菌XMX-1(其产生的絮凝剂命名为XMX-1F);研究结果表明:玉米淀粉、玉米浆是廉价的碳氮源;通过乙醇提取的方法,从发酵液离心后的上清液中获得絮凝剂粗产品7.685g／L;通过蒽酮反应、紫外扫描以及红外扫描等多种方法手段分析确认XMX-1F是以多糖为主的高分子絮凝剂,多糖含量为77-87％;在实际废水处理方面,通过XMX-1F对模拟洗煤废水的应用研究表明,其应用到处理实际洗煤废水中的前景是可观的.     

非线性动态优化仿真在间歇过程中的应用

为实现求解大规模非线性系统最优控制问题的自动设计及算法自动生成问题,开发基于非线性规划的动态优化软件集成系统.首先自定义基于XML的标准化非线性动态优化标记语言NDOML,采用NDOML模型设计模型编辑器;结合联立法和多点打靶法对NDOML模型进行自动离散化处理;最后利用内点算法解题器IPOPT设计了解题器接口程序生成器,实现模型录入通用化、模型离散自动化及优化控制算法代码的自动生成等多种应用功能.最后通过一个间歇反应过程实例验证动态优化软件系统的有效性,结果显示,系统能够实现最优控制算法的自动生成,仿真结果为大型非线性系统求解优化提供了依据.     

教学形成性评价的研究进展

近20年来在推进课堂学习提质增效的各种探索中,形成性评价是非常重要的成果.理论和实证表明,形成性评价在提升学习成绩方面有直接和显著的功效.在众多形成性评价中,英国学者Black和Wiliam提出的由3主体、3过程和5要素组成的整体解决方案,受到广泛关注.以学生为中心,基于预期学习目标的达成要求,把教、学、评等3个要素系统地设计、实施和反思,是新一代教学模式创新发展的可行路径.     

基于GFRFs的非线性系统结构故障检测方法

为了能够更加准确高效地检测非线性系统的结构是否发生故障,提出了基于系统带外部输入的非线性自回归(NARX)模型的广义频率响应函数(GFRFs)故障检测方法。根据受检系统的NARX模型参数和一阶GFRF估算出系统的高阶GFRFs,通过比较受检系统与无故障系统结构的广义频率响应函数值,实现系统结构的故障检测。根据受检系统和无故障系统的GFRFs确定系统故障损害程度指数,进一步对故障程度进行评估。通过实验与其他检测方法进行对比,验证了所提检测方法的优越性。     

生物基1， 3-丙二醇连续发酵过程的稳态分析与反馈控制

生物发酵甘油生产1,3-丙二醇的自动化控制是其工业化应用亟待解决的关键问题。首先,采用数学函数连续性分析深入研究了克雷伯氏杆菌连续发酵甘油生产1,3-丙二醇过程的多稳态特性。在不同的初始甘油浓度或稀释速率下,系统均会出现多稳态现象,通过双因素分析确定了多稳态出现的临界区域,该区域内部的稳态是不稳定的。之后,基于反馈控制理论和多稳态分析结果,设计优化了受残余甘油和产物浓度影响的稀释速率控制策略。在连续发酵过程中,调整时间从81.27 h缩短到34.11 h,显著提高了发酵初期阶段甘油的利用率;同时甘油转化率由0.478 mmol·mmol^-1提高至0.563 mmol·mmol^-1,生产强度由85.70 mmol·L^-1·h^-1提高到101.10 mmol·L^-1·h^-1,显著提高了生产性能。     

工业轻烃回收装置的全流程静态仿真模型

为提高轻烃回收 (natural gas liquids recovery,NGL) 装置的产品收率、降低生产能耗,同时确保生产安全、降低装置停车造成的损失,开发了某油田轻烃回收装置的全流程静态仿真模型。基于CAPE OPEN技术,建立流程中的精馏塔等单元,通过模拟计算分析工艺参数,并以现场实际数据为参考进行校正。结合提高乙烷收率的生产要求,评价分析了各工艺参数的影响程度,给出脱甲烷塔的最佳工艺参数。结果表明:该模拟计算结果与实际工艺相吻合,最优工艺参数可应用于指导实际工业生产。