[发明专利]一种基因调节非线性动力系统控制模型

摘要

本发明涉及一种基因调节非线性动力系统控制模型，所述控制模型设有时刻甘油微生物发酵控制参数，，建立了甘油生物歧化过程可描述为下面的酶催化和基因调控的非线性混杂动力系统。本发明建立了连续发酵的十四维的控制模型，以细胞外1,3‑丙二醇的浓度为性能指标，通过控制模型计算，使系统的产量达到最大。

主权项

1.一种基因调节非线性动力系统控制模型，其特征是：所述控制模型设有t时刻甘油微生物发酵控制参数，x(t)＝(x1(t),x2(t),…,x14(t))，x1(t),x2(t),…,x14(t)分别代表甘油微生物发酵时在t时刻的控制参数的浓度，t为反应时间，t∈[0,T],T∈R+，In＝{1,2,…,n}，令IN＝{1,2,…,N},N为试验次数，W为路径集，|W|为路径数，为状态变量，表示第j次试验第k条路径时各物质在t时刻的浓度，j∈I_N,k∈I_|W|，D_j为第j次试验的甘油的流加速率，为第j次试验的甘油初始浓度j∈I_N，设甘油歧化生产1,3‑PD的间歇与连续发酵的时间范围分别为[0,t_b]和[t_b,T]，其中0＜t_b＜T＜+∞.则对j∈I_N,k∈I_|W|甘油生物歧化过程可描述为基因调节非线性动力系统控制模型HNDS(j,k)，HNDS(j,k)包括HNDS1(j,k)和HNDS2(j,k)；HNDS1(j,k)：HNDS2(j,k)：其中f＝(f1,f2,…,f14)T，uk∈R30，[0,T]∈R+，此系统HNDS(j,k)描述的是甘油先间歇发酵HNDS1(j,k)后连续发酵HNDS2(j,k)的过程，tb为间歇发酵的终止时刻，间歇发酵过程中Dj＝0.对给定的k∈I|W|,j∈IN,假设系统NHDS(j,k)在时刻ts达到近似稳态，记细胞外近似稳态浓度为x(ts；x0,uk,j,wk),i∈I3.令yj(i),i∈I3为第j次试验测得的细胞外前三种物质达到稳态时的浓度，细胞外物质的试验数值与计算数据的相对误差定义为细胞内物质的鲁棒性定义为其中U是u的扰动空间，u'∈Bσ(u),σ＞0为关于u的邻域球的半径，φ(u'‑u)为关于(u'‑u)∈U的概率密度函数，为此，建立的目标函数如下：J(u,j,k)＝τ1SSD(u,j,k)+τ2MSD(u,j,k)其中τ1,τ2是权重系数，以细胞外1,3‑丙二醇的浓度为性能指标，建立控制模型为：s.t.x(·；x₀,u^k,j,w^k)∈S₀(x₀,j,k),j∈I_N||f(x,uk,j,wk)||≤ξ,u(j,k)∈U(x0,j,k),wk∈W其中ξ是一个大于零的足够小的常数，用来判断系统HNDS(j,k)是否达到近似稳定状态。