一種蜜環(huán)菌液態(tài)發(fā)酵溫度控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及發(fā)酵溫度控制，特指一種基于模糊PID(比例微分積分）算法的蜜環(huán)菌 液態(tài)發(fā)酵溫度控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 蜜環(huán)菌營(yíng)養(yǎng)豐富，還具有藥用價(jià)值。據(jù)報(bào)道，干茹含粗蛋白11.4%，脂肪5.2%， 碳水化合物75. 9%，纖維素5. 8%，灰分7. 5%，熱量384千卡。子實(shí)體中還含D-蘇來(lái)醇， 維生素A等，對(duì)治療腰腿疼痛、何償病、癒痛病有功效。經(jīng)常食用蜜環(huán)菌，可預(yù)防視力減退、 夜盲、皮膚干燥，并可增強(qiáng)人體對(duì)某些呼吸道及消化道傳染病的抵抗力。據(jù)國(guó)外報(bào)道，從蜜 環(huán)菌子實(shí)體中分離出的水溶性葡聚糖和多膚葡聚糖，經(jīng)動(dòng)物試驗(yàn)，后者對(duì)小白鼠肉瘤S-180 的抑制率為70%，對(duì)艾氏腹水癌的抑制率為80%。日本學(xué)者，還從蜜環(huán)菌子實(shí)體中分離出 一種AMG-1的化合物，對(duì)大腦具有保護(hù)作用和鎮(zhèn)靜作用。蜜環(huán)菌的固體發(fā)酵制品，蜜環(huán)菌 片、銀蜜片，可代替天麻作藥，對(duì)高血壓椎基底動(dòng)脈供血不足、美巧爾氏癥、植物神經(jīng)功能素 亂等疾病引起眩暈的病人，治療效果較好。對(duì)肢麻、失眠、耳鳴、中風(fēng)后遺癥等也有一定的療 效。1932年Reitsma對(duì)蜜環(huán)菌作了詳細(xì)調(diào)查，并進(jìn)行了一系列生理研究。蜜環(huán)菌是天麻不 可缺少的互惠共生菌，栽培天麻必需蜜環(huán)菌的幫助。
[0003] 蜜環(huán)菌菌絲體的培養(yǎng)有液態(tài)深層發(fā)酵和固態(tài)發(fā)酵兩種，本發(fā)明W液態(tài)深層發(fā)酵為 基礎(chǔ)，解決溫度控制問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 技術(shù)問(wèn)題：溫本發(fā)明的目的是提供一種基于模糊PID算法的蜜環(huán)菌液態(tài)發(fā)酵溫度 控制裝置及方法。溫度在發(fā)酵過(guò)程中具有時(shí)滯性、非線(xiàn)性等特點(diǎn)，且不易建立發(fā)酵過(guò)程被控 對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。解決發(fā)酵系統(tǒng)的非線(xiàn)性、時(shí)變、時(shí)滯性、干擾和發(fā)酵過(guò)程中參數(shù)變化 對(duì)溫度控制效果的影響。
[000引技術(shù)方案；模糊控制是一種基于規(guī)則的控制，它直接采用語(yǔ)言型控制規(guī)則，出發(fā)點(diǎn) 是現(xiàn)場(chǎng)操作人員的控制經(jīng)驗(yàn)或相關(guān)專(zhuān)家的知識(shí)，在設(shè)計(jì)中不需要建立被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué) 模型，因而使得控制機(jī)理和策略易于接受與理解，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，便于應(yīng)用。由工業(yè)過(guò)程的定性 認(rèn)識(shí)出發(fā)，比較容易建立語(yǔ)言控制規(guī)則，因而模糊控制對(duì)那些數(shù)學(xué)模型難W獲取，動(dòng)態(tài)特性 不易掌握或變化非常顯著的對(duì)象非常適用。模糊控制是基于啟發(fā)性的知識(shí)及語(yǔ)言決策規(guī)則 設(shè)計(jì)的，該有利于模擬人工控制的過(guò)程和方法，增強(qiáng)控制系統(tǒng)的適應(yīng)能力，使之具有一定的 智能水平。同時(shí)，模糊控制系統(tǒng)的魯椿性強(qiáng)，干擾和參數(shù)變化對(duì)控制效果的影響被大大減 弱，尤其適合于非線(xiàn)性、時(shí)變及純滯后系統(tǒng)的控制。
[0006] 本發(fā)明的蜜環(huán)菌液態(tài)發(fā)酵溫度控制裝置包括發(fā)酵罐，夾套、電機(jī)、調(diào)速器、恒溫水 箱，第一溫度傳感器、第二溫度傳感器、加熱器、上位機(jī)、下位機(jī)；第一閥口、第二閥口、第= 閥口、第四閥口、第五閥口、第六閥口；第一電磁閥、第二電磁閥、第一溫度變送器、第二溫度 變送器、循環(huán)累；其中，發(fā)酵罐的外壁設(shè)有夾套，調(diào)速器的輸入端接下位機(jī)，輸出端接電機(jī)， 由電機(jī)驅(qū)動(dòng)位于發(fā)酵罐中的機(jī)械攬拌器；在發(fā)酵罐的底部順序通過(guò)第一閥口、循環(huán)累、第二 閥口接恒溫水箱的下部，發(fā)酵罐的上部通過(guò)第=閥口接接恒溫水箱的上部，在發(fā)酵罐的頂 部設(shè)有第一電磁閥，第一溫度傳感器通過(guò)第一溫度變送器接下位機(jī)；在恒溫水箱的上部通 過(guò)第四閥口、第五閥口接外部的冷卻水，在第四閥口、第五閥口的兩端并聯(lián)有第六閥口，在 第四閥口、第五閥口之間設(shè)有第二電磁閥，在恒溫水箱中還設(shè)有加熱器和第二溫度傳感器， 第二溫度傳感器通過(guò)第二溫度變送器接下位機(jī)，加熱器和第二電磁閥接下位機(jī)。
[0007] 該控制方法采用基于模糊PID算法的蜜環(huán)菌液態(tài)發(fā)酵溫度控制方法，模糊PID控 制利用模糊控制規(guī)則對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行修改，把溫度誤差e和誤差變化率e。作為系統(tǒng)兩個(gè)輸 入，經(jīng)模糊化和模糊推理后，輸出參數(shù)Kp，町，Kd給PID調(diào)節(jié)器，把它們分別加上參數(shù)的初始 值就得到了PID控制的實(shí)際參數(shù)，從而確定控制器輸入和輸出變量，輸出相應(yīng)的控制量控 制輸出模塊，改變平均輸出功率，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制；其中，Kp為比例增益；= 為 積分系數(shù)；& 為微分系數(shù)。
[000引發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液的溫度是由夾套內(nèi)的水溫進(jìn)行調(diào)節(jié)，恒溫水箱內(nèi)的恒溫水由循環(huán) 累通過(guò)第一閥口、第二閥口累入發(fā)酵罐底部夾套內(nèi)，再由發(fā)酵罐上部夾套經(jīng)第=閥口回到 恒溫水箱內(nèi)，發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液的溫度T1經(jīng)由第一溫度傳感器傳輸?shù)降谝粶囟茸兯推?，再?換成4-20mA信號(hào)送到下位機(jī)；恒溫水箱內(nèi)的溫度T2經(jīng)由第二溫度傳感器傳輸?shù)降诙囟?變送器，再變換成4-20mA信號(hào)也送到下位機(jī)；下位機(jī)根據(jù)發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液的溫度T1、恒溫 水箱內(nèi)的溫度T2,通過(guò)模糊PID算法，調(diào)節(jié)加熱器或冷卻水，達(dá)到發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵液溫度控制 的目的。
[0009] 有益效果；PID控制作為一種傳統(tǒng)的控制策略，具有控制方式簡(jiǎn)單、無(wú)穩(wěn)態(tài)誤差等 特點(diǎn)。用模糊PID控制器來(lái)控制發(fā)酵過(guò)程中罐內(nèi)物料溫度。本發(fā)明的模糊PID控制是在一 般PID控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，加上一個(gè)模糊控制規(guī)則環(huán)節(jié)，將模糊控制和PID控制器兩者結(jié)合 起來(lái)，揚(yáng)長(zhǎng)避短，既具有模糊控制靈活而適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，又具有PID控制精度高的特點(diǎn)， 對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)系統(tǒng)具有良好的控制效果。發(fā)酵罐采用夾套傳熱控溫方式，達(dá)到不同發(fā)酵 階段對(duì)溫度的要求。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1是本發(fā)明模糊PID溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
[0011] 圖2為蜜環(huán)菌發(fā)酵裝置溫度控制示意圖，其中包括；發(fā)酵罐1，夾套1. 1、電機(jī)1. 2、 調(diào)速器1. 3、第一溫度傳感器Ti、恒溫水箱2,第二溫度傳感器T2、加熱器R、上位機(jī)3、下位機(jī) 4 ;第一閥口F1、第二閥口F2、第S閥口F3、第四閥口F4、第五閥口F5、第六閥口F6 ;第一電 磁閥DPI、第二電磁閥DP2、第一溫度變送器WB1、第二溫度變送器WB2、循環(huán)累B。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 發(fā)酵罐1的外壁設(shè)有夾套1. 1，調(diào)速器1.3的輸入端接下位機(jī)4,輸出端接電機(jī) 1. 2,由電機(jī)1. 2驅(qū)動(dòng)位于發(fā)酵罐1中的機(jī)械攬拌器；在發(fā)酵罐1的底部順序通過(guò)第一閥口 F1、循環(huán)累B、第二閥口巧接恒溫水箱2的下部，發(fā)酵罐1的上部通過(guò)第=閥口F3接接恒 溫水箱2的上部，在發(fā)酵罐1的頂部設(shè)有第一電磁閥DPI，第一溫度傳感器Ti通過(guò)第一溫度 變送器WB1接下位機(jī)4;在恒溫水箱2的上部通過(guò)第四閥口F4、第五閥口巧接外部的冷卻 水，在第四閥口F4、第五閥口巧的兩端并聯(lián)有第六閥口F6,在第四閥口F4、第五閥口巧之 間設(shè)有第二電磁閥DP2,在恒溫水箱2中還設(shè)有加熱器R和第二溫度傳感器T2,第二溫度傳 感器T2通過(guò)第二溫度變送器WB2接下位機(jī)4,加熱器R和第二電磁閥DP2接下位機(jī)4。
[0013] 1.增量型PID算法
[0014] A U化）=U化)-U化-1)
[0015] = Kp[e(k)-e化-1)]+Kie化)+Kn[e化)-2e化-l)+e(k-2)] (1)
[0016]其中Kp為比例增益；At =吟^為積分系數(shù).& 為微分系數(shù)