一类生物系统的参数辨识方法及其应用

针对S-型生物系统的参数辨识问题,给出了以极小化误差函数为优化目标的参数辨识模型。基于修正配置和B样条插值,提出了一种有效的参数辨识模型求解方法。计算研究表明,该方法可以获得更为精确的参数辨识结果。将该方法应用到甘油生物发酵系统中,进一步验证了该方法的有效性。

一类两阶段甘油连续歧化过程的优化

研究了两阶段甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程的优化问题.针对已有国内外文献计算的最优操作结果容易发生"洗出"现象(稀释速率大于0. 5 h^(-1))的不足,首先给出了两阶段甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程的非线性动力学模型;然后针对两阶段甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程,提出了与实际过程相符的稳态优化模型.该模型包含两个只有等式约束和有界变量约束的非线性优化问题.最后根据所建立稳态优化模型的特点,应用MATLAB软件的优化工具箱对其进行求解,得到了两阶段甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程的最优操作条件.与已有文献结果相比,本文获得的计算结果更接近实际情况,即稀释速率不大于0. 5 h^(-1),不会发生"洗出"现象.

一类两阶段甘油连续歧化过程的正平衡点分析

研究了两阶段甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程的正平衡点.针对甘油连续歧化为1,3-丙二醇过程的双反应器串联系统,首先给出了该双反应器串联系统的生化流程图以及非线性模型,通过对该生化流程图研究和非线性模型的特点分析,提出了应用两阶段法依次求解该双反应器串联系统正平衡点的思想.然后给出了能解决该双反应器串联系统正平衡点求解问题的两个定理,并给出了这两个定理的推导过程,证明了定理的正确性.最后给出了在操作条件D1=0.15 h^-1,CSF1=1200 mmol/L和D2=0.15 h^-1下该双反应器串联系统正平衡点的计算结果,验证了定理的应用效果.

埃博拉流行病的离散logistic动力学模型及其参数辨识

研究了埃博拉流行病的传染动力学模型建立及其参数辨识问题,构建了埃博拉流行病的离散logistic动力学模型,给出了参数辨识优化问题,该优化问题可以计算所提离散logistic数学模型的最优参数值.基于世界卫生组织统计的几内亚、塞拉利昂和利比里亚等西非国家的病例数据,拟合出所构建埃博拉离散logistic动力学模型的最优参数值,并对其进行了参数分析.结果表明,埃博拉流行病在每个西非国家的传染情况不相同,而且三个西非国家的染病者增长率与抑制常数也具有较大的差异.与已有连续logistic模型的参数辨识结果相比,本文离散logistic模型的参数辨识误差值更小,说明离散logistic模型能够更好地描述埃博拉流行病的传染动力学.

甘油间歇生物歧化非线性系统的参数辨识

研究了甘油间歇生物歧化非线性系统的参数辨识问题.针对甘油间歇生物歧化过程的非线性常微分方程系统,首先给出了以代谢物浓度误差与斜率误差之和为优化目标、以甘油间歇生物歧化过程的非线性常微分方程系统为约束的参数辨识动态优化问题;然后基于改进的欧拉法将动态优化问题中的常微分方程组近似表示为代数方程组,从而可将原动态优化问题转化为非线性规划问题;最后利用粒子群算法求解得到的非线性规划问题.与已有文献相比,本文获得了更好的参数辨识结果,为构建甘油间歇生物歧化过程的非线性系统提供理论指导.

生化系统稳态优化的双层规划模型与求解方法

针对一类生化系统的稳态优化问题，建立了一种具有二层递阶结构的双层规划优化模型，其上层和下层问题的优化目标分别为最大化产物产率（或代谢物浓度）和最小化生化系统的代谢物浓度之和．模型的生物意义是在尽可能小的代谢成本条件下使产物的产率或浓度达到最大．为了有效求解所建立的NP—hard、非凸双层规划问题，在S-系统建模框架下应用等价变换策略提出了一种可求其最优解的优化算法．算法具有操作简便和计算成本低的优点．最后，将所提双层规划模型与求解方法应用于两个生化系统的稳态优化中．结果表明，方法可行且有效．