在双生物反应器系统中模拟和动态参数化预测控制溶解氧
Muhang Li1,2, Ran Tang1,2, Yifei Li3
1Center of Ultra-Precision Optoelectronic Instrument Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150080, China.
Bioengineering (Basel, Switzerland)
|July 29, 2025
概括
一种新的动态参数预测控制 (DPPC) 方法改善了生物反应器中溶解氧 (DO) 的分布. 这种先进的控制策略确保了敏感培养系统的更快,更稳定的氧气供应.
科学领域:
- 生物技术是生物技术.
- 化学工程是化学工程的重要组成部分.
- 控制系统 控制系统
背景情况:
- 在双循环生物反应器中,溶解氧 (DO) 的分配和系统响应至关重要.
- 不均的DO水平和延迟的反应对最佳培养条件构成重大挑战.
研究的目的:
- 开发和验证一种新的控制方法,以加强生物反应器中的DO管理.
- 为了解决动态循环系统中传统反控制的局限性.
主要方法:
- 开发了一个动态参数化预测控制 (DPPC) 策略.
- 该DPPC是基于一个数学模型整合质量转移动力学和化学热力学.
- 该方法使用模拟和双生物反应器的实验台规模实验来验证.
主要成果:
- 通过整合实时数据,DPPC方法可以准确预测未来的DO变化.
- 实验结果显示了高的预测准确性 (RMSE<0.05,R2>0.99).
- 与传统方法相比,DPPC表现优越,整合平方误差 (ISE) 和整合绝对误差 (IAE) 显著降低.
结论:
- DPPC方法提供了更好的稳定性,更快的响应时间,并减少了DO控制的超越.
- 这种方法显示出对控制氧敏感培养系统的显著前景.
- DPPC提供了一个强大的框架,用于实时优化生物反应器中的氧气供应.
