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一种开放式发酵过程自动控制系统的实现
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2009-08-14
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本文根据PID 控制和模糊控制原理，提出了一种实用的开放式乳酸发酵过程自动控
制系统的实现方法。该系统采用CN113 型工业pH 计作为前端数据采集传感器、 P87C591
作为核心处理器，通过RS232 串行通讯把数据处理结果传送到上位机，通过人性化的上
位机人机交互界面实现用户参数设置、运行状态和曲线显示。该仪器是开放式系统，可完全实现对实验室发酵过程pH 值的自动控制。经现场试验，取得了满意的效果。
糖类物质在厌氧条件下，由微生物作用而降解转变为乳酸的过程称为乳酸发酵。乳酸
发酵的pH 值需控制在一定范围内。而pH 值控制具有严重的非线性和滞后性，难于建立准确的数学模型；发酵过程和环境（温度、压力等）的变化以及其它干扰的存在都会改变pH值的控制特性；一般要求pH 值跟踪一条预定的时变曲线。采用单一的、固定结构的控制器或者变参数的PID 控制，不能满足pH 值控制的要求。乳酸发酵实验是一个至少历时数十个小时的过程，需要大量的人力资源投入。如何减轻现场人员工作量，合理利用资源，并实现准确控制，成为一个现实的问题。
为解决上述问题，本文提出了发酵过程自动控制的方法。采用传统的PID 控制和模糊
控制相结合的方法，控制发酵溶液pH 值。其控制思想是在大偏差范围内采用模糊控制，在小偏差范围内转换成PID 控制，两者的转换由微机程序根据事先给定的偏差范围自动实现。这样可以发挥两者的优势，提高控制系统的鲁棒性。
制系统的实现方法。该系统采用CN113 型工业pH 计作为前端数据采集传感器、 P87C591
作为核心处理器，通过RS232 串行通讯把数据处理结果传送到上位机，通过人性化的上
位机人机交互界面实现用户参数设置、运行状态和曲线显示。该仪器是开放式系统，可完全实现对实验室发酵过程pH 值的自动控制。经现场试验，取得了满意的效果。
糖类物质在厌氧条件下，由微生物作用而降解转变为乳酸的过程称为乳酸发酵。乳酸
发酵的pH 值需控制在一定范围内。而pH 值控制具有严重的非线性和滞后性，难于建立准确的数学模型；发酵过程和环境（温度、压力等）的变化以及其它干扰的存在都会改变pH值的控制特性；一般要求pH 值跟踪一条预定的时变曲线。采用单一的、固定结构的控制器或者变参数的PID 控制，不能满足pH 值控制的要求。乳酸发酵实验是一个至少历时数十个小时的过程，需要大量的人力资源投入。如何减轻现场人员工作量，合理利用资源，并实现准确控制，成为一个现实的问题。
为解决上述问题，本文提出了发酵过程自动控制的方法。采用传统的PID 控制和模糊
控制相结合的方法，控制发酵溶液pH 值。其控制思想是在大偏差范围内采用模糊控制，在小偏差范围内转换成PID 控制，两者的转换由微机程序根据事先给定的偏差范围自动实现。这样可以发挥两者的优势，提高控制系统的鲁棒性。
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