基于改进自适应遗传算法的动力学模型优化

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1、第27卷第5期计算机仿真2010年5月文章编号：1006—9348(2010)05—0182—04基于改进自适应遗传算法的动力学模型优化毛磊，张浞，姜岷，陈可泉(1．南京工业大学自动化学院，江苏南京210009；2．南京工业大学制药与生命科学学院，江苏南京210009)摘要：研究丁二酸是现代工业生物技术中一种重要的生物基产品。生物发酵法生产丁二酸具有高效率、环保性和原料的可持续利用性而受到众多科学家的推崇。建立相对完善的丁二酸发酵动力学模型，既可以帮助研究人员适当减少繁琐的实验工作，又有助于实现对发酵过

2、程培养条件的优化与控制，辅助提高工艺水平。通过对遗传算法的进一步研究，改进了交叉与变异遗传算子，并引入精英保留策略，提出了改进的自适应遗传算法。结果表明，用改进自适应遗传算法优化丁二酸发酵动力学模型参数，在有效解决标准遗传算法收敛速度慢及局部搜索能力不强等问题的同时，能够获得相对完善的丁二酸发酵动力学模型。关键词：丁二酸发酵过程；动力学模型；遗传算法；参数优化中图分类号：TP391．9文献标识码：BOptimizingoftheKineticModelsBasedonModifiedAdaptiveGe

3、neticAlgorithmMAOLei，ZHANGShi，JIANGMin，CHENKe—quan(1．CollegeofAutomation，NanjingUniversityofTechnology，NanjingJiangsu210009，China；2．CollegeofLifeScienceandPharmaceuticalEngineering，NanjingUniversityofTechnology，NanjingJiangsu210009，China)ABSTRACT：Succini

4、cacidisarepresentativeandsignificantbio—basedproductinthemodemindustrialbiologictechnology．Thebioconversionofsuccinicacidispropitioustotheprotectionoftheenvironmentandthecontinuableutilizationoftheresources．Inordertoreducetheburdenoftheexperimentandimpro

5、vethefermentationtechnologyproperly，thekineticmodelforthefermentationprocessofsuccinicacidwasestablished．Basedonthefurtherre—searchofgeneticalgorithm，theoperationofcrossoverandmutationweremodifiedandthestrategyofelitistselectionwasadopted．Themodifiedadap

6、tivegeneticalgorithmshoweditsbetterlocaloptimalabilityanditsfasterconvergenceabilitythanstandardgeneticalgorithm．Theresultsindicatedthattheapplicationofthemodifiedadaptivegenetical—gorithmintheoptimizationofthekineticparameterswaseffectiveandthekineticmo

7、delforthefermentationprocessofsuccinicacidwasobtained．KEYWORDS：Fermentationprocessofsuccinicacid；Kineticmodels；Geneticalgorithm；Optimizationofparameters1引言大学等也在进行生物发酵法制备丁二酸的研究。而研究重生物经济作为可持续的循环经济发展模式，其核心和主点大都集中在菌种选育和发酵工艺改良，有关丁二酸发酵过要支撑是工业生物技术。而工业生物技术的中心任务是

8、利程模型化的研究还鲜有报道。用可再生的生物质资源为原料生产生物能源(Bio—energy)之前，文献[3]已对丁二酸发酵动力学模型结构做了适和生物基产品(Bio—basedProducts)。丁二酸(Succinic当改进，并应用标准遗传算法对模型参数进行了优化，取得了良好的效果。但是在具体应用标准遗传算法进行参数优Acid)则是工业生物技术中典型且重要的生物基产品之⋯化的过程中也遇到了该算法自身存在的一些问题，比如收敛一。相比于污染大、能