一种蜜环菌液态发酵温度控制装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及发酵温度控制，特指一种基于模糊PID(比例微分积分）算法的蜜环菌 液态发酵温度控制系统。
【背景技术】
[0002] 蜜环菌营养丰富，还具有药用价值。据报道，干茹含粗蛋白11.4%，脂肪5.2%， 碳水化合物75. 9%，纤维素5. 8%，灰分7. 5%，热量384千卡。子实体中还含D-苏来醇， 维生素A等，对治疗腰腿疼痛、何偿病、癒痛病有功效。经常食用蜜环菌，可预防视力减退、 夜盲、皮肤干燥，并可增强人体对某些呼吸道及消化道传染病的抵抗力。据国外报道，从蜜 环菌子实体中分离出的水溶性葡聚糖和多肤葡聚糖，经动物试验，后者对小白鼠肉瘤S-180 的抑制率为70%，对艾氏腹水癌的抑制率为80%。日本学者，还从蜜环菌子实体中分离出 一种AMG-1的化合物，对大脑具有保护作用和镇静作用。蜜环菌的固体发酵制品，蜜环菌 片、银蜜片，可代替天麻作药，对高血压椎基底动脉供血不足、美巧尔氏症、植物神经功能素 乱等疾病引起眩晕的病人，治疗效果较好。对肢麻、失眠、耳鸣、中风后遗症等也有一定的疗 效。1932年Reitsma对蜜环菌作了详细调查，并进行了一系列生理研究。蜜环菌是天麻不 可缺少的互惠共生菌，栽培天麻必需蜜环菌的帮助。
[0003] 蜜环菌菌丝体的培养有液态深层发酵和固态发酵两种，本发明W液态深层发酵为 基础，解决温度控制问题。
【发明内容】
[0004] 技术问题：温本发明的目的是提供一种基于模糊PID算法的蜜环菌液态发酵温度 控制装置及方法。温度在发酵过程中具有时滞性、非线性等特点，且不易建立发酵过程被控 对象精确的数学模型。解决发酵系统的非线性、时变、时滞性、干扰和发酵过程中参数变化 对温度控制效果的影响。
[000引技术方案；模糊控制是一种基于规则的控制，它直接采用语言型控制规则，出发点 是现场操作人员的控制经验或相关专家的知识，在设计中不需要建立被控对象精确的数学 模型，因而使得控制机理和策略易于接受与理解，设计简单，便于应用。由工业过程的定性 认识出发，比较容易建立语言控制规则，因而模糊控制对那些数学模型难W获取，动态特性 不易掌握或变化非常显著的对象非常适用。模糊控制是基于启发性的知识及语言决策规则 设计的，该有利于模拟人工控制的过程和方法，增强控制系统的适应能力，使之具有一定的 智能水平。同时，模糊控制系统的鲁椿性强，干扰和参数变化对控制效果的影响被大大减 弱，尤其适合于非线性、时变及纯滞后系统的控制。
[0006] 本发明的蜜环菌液态发酵温度控制装置包括发酵罐，夹套、电机、调速器、恒温水 箱，第一温度传感器、第二温度传感器、加热器、上位机、下位机；第一阀口、第二阀口、第= 阀口、第四阀口、第五阀口、第六阀口；第一电磁阀、第二电磁阀、第一温度变送器、第二温度 变送器、循环累；其中，发酵罐的外壁设有夹套，调速器的输入端接下位机，输出端接电机， 由电机驱动位于发酵罐中的机械揽拌器；在发酵罐的底部顺序通过第一阀口、循环累、第二 阀口接恒温水箱的下部，发酵罐的上部通过第=阀口接接恒温水箱的上部，在发酵罐的顶 部设有第一电磁阀，第一温度传感器通过第一温度变送器接下位机；在恒温水箱的上部通 过第四阀口、第五阀口接外部的冷却水，在第四阀口、第五阀口的两端并联有第六阀口，在 第四阀口、第五阀口之间设有第二电磁阀，在恒温水箱中还设有加热器和第二温度传感器， 第二温度传感器通过第二温度变送器接下位机，加热器和第二电磁阀接下位机。
[0007] 该控制方法采用基于模糊PID算法的蜜环菌液态发酵温度控制方法，模糊PID控 制利用模糊控制规则对PID参数进行修改，把温度误差e和误差变化率e。作为系统两个输 入，经模糊化和模糊推理后，输出参数Kp，町，Kd给PID调节器，把它们分别加上参数的初始 值就得到了PID控制的实际参数，从而确定控制器输入和输出变量，输出相应的控制量控 制输出模块，改变平均输出功率，从而实现对温度的控制；其中，Kp为比例增益；= 为 积分系数；& 为微分系数。
[000引发酵罐内发酵液的温度是由夹套内的水温进行调节，恒温水箱内的恒温水由循环 累通过第一阀口、第二阀口累入发酵罐底部夹套内，再由发酵罐上部夹套经第=阀口回到 恒温水箱内，发酵罐内发酵液的温度T1经由第一温度传感器传输到第一温度变送器，再变 换成4-20mA信号送到下位机；恒温水箱内的温度T2经由第二温度传感器传输到第二温度 变送器，再变换成4-20mA信号也送到下位机；下位机根据发酵罐内发酵液的温度T1、恒温 水箱内的温度T2,通过模糊PID算法，调节加热器或冷却水，达到发酵罐内发酵液温度控制 的目的。
[0009] 有益效果；PID控制作为一种传统的控制策略，具有控制方式简单、无稳态误差等 特点。用模糊PID控制器来控制发酵过程中罐内物料温度。本发明的模糊PID控制是在一 般PID控制系统的基础上，加上一个模糊控制规则环节，将模糊控制和PID控制器两者结合 起来，扬长避短，既具有模糊控制灵活而适应性强的优点，又具有PID控制精度高的特点， 对复杂控制系统系统具有良好的控制效果。发酵罐采用夹套传热控温方式，达到不同发酵 阶段对温度的要求。
【附图说明】
[0010] 图1是本发明模糊PID温度控制系统的结构图。
[0011] 图2为蜜环菌发酵装置温度控制示意图，其中包括；发酵罐1，夹套1. 1、电机1. 2、 调速器1. 3、第一温度传感器Ti、恒温水箱2,第二温度传感器T2、加热器R、上位机3、下位机 4 ;第一阀口F1、第二阀口F2、第S阀口F3、第四阀口F4、第五阀口F5、第六阀口F6 ;第一电 磁阀DPI、第二电磁阀DP2、第一温度变送器WB1、第二温度变送器WB2、循环累B。
【具体实施方式】
[0012] 发酵罐1的外壁设有夹套1. 1，调速器1.3的输入端接下位机4,输出端接电机 1. 2,由电机1. 2驱动位于发酵罐1中的机械揽拌器；在发酵罐1的底部顺序通过第一阀口 F1、循环累B、第二阀口巧接恒温水箱2的下部，发酵罐1的上部通过第=阀口F3接接恒 温水箱2的上部，在发酵罐1的顶部设有第一电磁阀DPI，第一温度传感器Ti通过第一温度 变送器WB1接下位机4;在恒温水箱2的上部通过第四阀口F4、第五阀口巧接外部的冷却 水，在第四阀口F4、第五阀口巧的两端并联有第六阀口F6,在第四阀口F4、第五阀口巧之 间设有第二电磁阀DP2,在恒温水箱2中还设有加热器R和第二温度传感器T2,第二温度传 感器T2通过第二温度变送器WB2接下位机4,加热器R和第二电磁阀DP2接下位机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为比例增益；At =吟^为积分系数.& 为微分系数