Разработка математических моделей, методов и алгоритмов синтеза управления биореакторами с анаэробными культурами
Диссертация
В связи с ростом населения, его концентрацией в городах и развитием промышленного производства продуктов питания, в последнее время становится все более актуальной проблема ликвидации органических отходов жизнедеятельности человека. Обычно бытовые отходы просто выбрасывают на свалку. Но в современных городах выбрасывается столько всяких отходов, что они уже создают серьезные экологические… Читать ещё >
Содержание
- ГЛАВА 1. КРАТКИЙ ОБЗОР ПРОБЛЕМЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКОСИСТЕМ
- 1. 1. Общие данные по изучению экосистем
- 1. 2. Краткий обзор математических подходов и моделей изучения экосистем
- 1. 3. О состоянии проблемы исследований и моделирования микроорганизмов
- 1. 4. Краткий обзор математических моделей экосистем с распределенными параметрами
- ГЛАВА 2. ДИНАМИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ПРОЦЕССОВ В ОРГАНИЧЕСКОЙ СРЕДЕ С СОСРЕДОТОЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
- 2. 1. Принятые допущения и классификация составляющих компонентов органической среды
- 2. 2. Математическая модель процессов развития микроорганизмов
- 2. 3. Формулы для вычисления коэффициентов каь кы
- 2. 4. Влияние жизнедеятельности микроорганизмов на рН
- 2. 5. О моделировании составных процессов
- 2. 6. Упрощенная система уравнений
- 2. 7. Идентификация параметров модели
- 2. 8. Идентификация коэффициентов и сравнение расчетов по модели с экспериментом
- 2. 9. Уравнения в безразмерной форме
- 2. 10. Учет влияния плотности микроорганизмов в моделях
- 2. 11. Анализ некоторых частных случаев
- 2. 12. Постановка задачи синтеза управления
- 2. 13. Необходимое и достаточное условие разрешимости и общий алгоритм решения задачи синтеза параметров системы
- 2. 14. Алгоритм решения оптимизационной задачи
- 2. 15. Задача поддержания пищи на заданном уровне
- ГЛАВА 3. ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВНИЕ ПРОЦЕССОВ В ОРГАНИЧЕСКОЙ СРЕДЕ КАК СИСТЕМЫ С РАСПРЕДЕЛЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
- 3. 1. Некоторые обозначения
- 3. 2. Потоки миграции или переселения микроорганизмов
- 3. 3. Модель развития популяции микроорганизмов
- 3. 4. Модели выделения побочных продуктов и распределения температуры
- 3. 5. Модель составных процессов с распределенными параметрами
- 3. 6. Анализ некоторых частных случаев
- ГЛАВА 4. ДИНАМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ТРУБЧАТОМ БИОРЕАКТОРЕ
- 4. 1. Принятые общие допущения
- 4. 2. Математическая модель процессов развития популяции микроорганизмов в трубчатом биореакторе
- 4. 3. Анализ некоторых частных случаев
- 4. 4. Численный расчет процессов в биореакторе
- 4. 5. Оценка параметров биореактора
- 4. 6. Постановка задачи управления биореактором
- 4. 7. Необходимое и достаточное условие разрешимости задачи управления
- ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
Список литературы
- Абгаряи К.А. Об устойчивости движения на конечном промежутке времени // Прикладная математика и механика. 1968. — Т. 32. вып. 6.-С. 977−986.
- Абгарян К.А. Устойчивость движения на конечном интервале // Итоги науки и техники. Сер. Общая механика. М.: ВИНИТИ. 1976. Т. 3. — С. 43−125.
- Алексеев В.В. Биофизика сообществ живых организмов.//Успехи физ. наук, 120, 4, 1976, С. 647−676.
- Алексеев В.В. Влияние фактора насыщения на динамику системы «хищник жертва»// Биофизика, 18, 15, 1973, С. 922−926.
- Алиев H.JI. О необходимом и достаточном условиях линейных минимаксных задач / Казан, авиац. ин-т. Казань, 1987. 27 с. Деп. в ВИНИТИ 10.12.87, № 8632-В87.
- Алиев H.JI. Об одном условии минимума негладкой выпуклой функции // Материалы IX Республ. конф. молодых ученых по математике и механике. (Математика). Баку: Элм, 1989. С.24−25.
- Алиев H.JI. Решение основной задачи управления в линейной постановке // Всесоюзная Четаевская конференция «Аналитическая механика, устойчивость и управление движением»: Тез.докл. Казань, 1987. С. 6.
- Алиев H.JI., Сиразетдинов Т. К. Условия разрешимости основной задачи управления // Изв. вузов. Авиационная техника. 1986. № 4. С.3−6.
- Ашофф Ю. Обзор биологических ритмов // Биологические ритмы, т. 1,1984, М.: Мир, С. 12−21.
- Балоев А.А., Сиразетдинов Т. К. К основной задаче управления в линейной постановке // Изв. вузов. Авиационная техника. 1992. № 4. С. 12−17.
- Березовская Ф.С. и др. Эффекты миграции в пространственной динамике лесных насекомых. // Труды 3 Международной конференции «Математика, компьютер, образование», Москва, 1996, С.56−63.
- Богомолов А.И. К параметрическому синтезу автомата стабилизации л.а. // Изв. вузов. Авиационная техника. 1981. № 2. С.69−72.
- Богомолов А.И. К построению множества допустимых проектных решений // Тез. докл. межреспубликанской науч.-техн. конф. «Совершенствование средств и методов расчета изделий машиностроения». Волгоград, 1988. С. 47.
- Богомолов А.И., Сиразетдинов Т. К. К решению основной задачи управления динамическими объектами // Проблемы аналитической механики, теория устойчивости и управления. М.: Наука, 1975. С.62−66.
- Богомолов А.И., Сиразетдинов Т. К. О технической устойчивости движения // Тез.докл. V Межвузовской конференции по математике и механике. Алма-Ата, 1974. С.23−24.
- Богомолов А.И. Об одном методе оптимизации при наличии ограничений // Изв. вузов. Авиационная техника. 1975. № 2. С.153−156.
- Богомолов А.И. Об одном методе решения основной задачи управления // Изв. вузов. Авиационная техника. 1984. № 4. С.93−95.
- Богомолов А.И., Сиразетдинов Т. К. Решение основной задачи управления методом градиентного спуска // Изв. вузов. Авиационная техника. 1974. № 1. С.5−12.
- Богомолов А.И. Статистический вариант основной задачи управления // Изв. вузов. Авиационная техника. 1974. № 4. С.25−28.
- Вавилин В.А., Локшина Л. Я., Щелканов М. Ю. Влияние диффузии жирных кислот в водной среде на распространение концентрационных химических волн при разложении твердых бытовых отходов //Вод. ресурсы. 2001. Т.28. С.756−762.
- Вавилин В.А., Локшина Л. Я., Ножевникова А. Н., Калюжный С. В. Свалка как возбудимая среда // Природа № 5, 2003 г., С. 54−60.
- Виноградова, Е.Б. Диапауза мух и ее регуляция. Наука, Санкт-Петербург, 1991.-256 с.
- Вольтерра. В. Математическая теория борьбы за существование. // М.: РХД, 2004. 288 с.
- Габайдуллин М.Р., Сиразетдинов Б. Р., Сиразетдинов Т. К. Динамическая модель развития микроорганизмов в закрытом контейнере. // Сборник тезисов международной конференции «Моделювання та огитпзащя складних систем». Киев, 2001. -Т1. — С. 112−114
- Гвиннер Э. Годовые ритмы: общая перспектива // Биологические ритмы, т. 1,1984а, М.: Мир, С. 44−54.
- Денисова Ю.К., Недорезов Л. В. Об одной модификациии модели Ферхюльста динамики численности изолированной популяции // Биоразнообразие и динамика экосистем Северной Евразии: информационные технологии и моделирование (WITA'2001) Новосибирск, 2001.
- Домбровский Ю.А. Модель биотического круговорота Таганрогского залива // Изв. СКНЦ ВШ. Естеств. Науки. 1977. № 2. С. 94 102.
- Дробецкая И.В., Тренкеншу Р. П. Влияние антагонизма серы и селена на рост и биохимические показатели спирулины // Экология моря 2000 — № 54 — С. 50−56
- Евдокимов Е.В. Динамика популяций в задачах и решениях // Томск: Томский государственный университет, 2001. 72 с.
- Елизаров В.И. Основная задача управления движением неньютоновской жидкости в зазоре // Изв. вузов. Авиационная техника. 1977. № 4. С.3915.
- Зайцев Ю.М., Сиразетдинов Б. Р., Сиразетдинов Т. К. Модель развития микроорганизмов в контейнере с биомассой. // Вестник КГТУ им. А. Н. Туполева. Казань, 2000. — № 4. — С. 60−65
- Зарипов Н.Г., Сиразетдинов Т. К. К решению основной задачи управления разрывной динамической системой // Изв. вузов. Авиационная техника. 1976. № 4. С.46−52.
- Иванов В.В., Сиразетдинов Т. К. К задаче оптимального управления дальностью самолета // Оптимизация процессов в авиационной технике: Межвуз. сб./ Казан, авиац. ин-т. Казань, 1980. С.62−66.
- Иерусалимский Н.Д., Зайцева Г. Н., Хмель И. А. Изучение физиологии Azotohacter vinelandii в условиях проточной культуры // Микробиология. 1962. Т. 31. С.417−423.
- Иерусалимский Н.Д. Метод проточных культур и его значение для анализа функции клетки // Вестн. АН СССР. 1962. Т. 32. № 1. С. 40−45.
- Иерусалимский Н.Д. Физиология развития чистых бактериальных культур: Дис. докт. биол. наук. М.: ИНМИ АН СССР, 1952. 787 с.
- Исаев А.С. и др. Динамика численности лесных насекомых. Н-к: Наука, 1984.-294с.
- Каменков Г. В. Об устойчивости движения на конечном интервале // Прикладная математика и механика. 1953. т. 17. вып. 5. С. 529 540.
- Куршев В.Н. Решение ОЗУ для стохастических систем методом линеаризации // Вторая Всесоюз. конф. по оптимальному управлению в механических системах: Тез.докл. Казань, 1977. С.148−149.
- Левич А.П., Фурсова П. В. Задачи и теоремы вариационного моделирования в экологии сообществ // Фундаментальная и прикладная математика, 2002, том 8, № 4, С. 1035−1045.
- Левич А.П. Структура экологических сообществ. М.: МГУ, 1980. 181 с.
- Мамедов А.Д., Алиев H.JI. Основная задача управления при выпуклых функционалах // Пятая Всесоюзная конференция по управлению в механических системах: Тезисы докладов КАИ. Казань, 1985. С. 77.
- Мартынюк А.А. Техническая устойчивость в динамике. Киев: Техника, 1973.188с.
- Минаков И.А. Сравнительный анализ некоторых методов случайного поиска и оптимизации // Известия Самарского научного центра Российской академии наук 1999. — № 2 — С. 286−293
- Моисеев Н.Н. Модели экологии и эволюции. М.: Знание, 1983, 64с.
- Нахушев A.M. Уравнения математической биологии. // М.: Высшая школа, 1995.-301 с.
- Недорезов Л.В., Утюпин Ю. В. Об одной модели системы хищник -жертва с запаздыванием // Сибирский журнал индустриальной математики.- 2003.- Т. 6, N 4. С. 67−74.
- Паников Н.С. Кинетика роста микроорганизмов. Общие закономерности и экологические приложения. М.: Наука, 1991. 309 с.
- Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток // М.: Мир, 1978.-332 с.
- Ризниченко Г. Ю., Рубин А. Б. Биофизическая динамика продукционных процессов // ИКИ, 2004. 464 с.
- Ризниченко Г. Ю. Лекции по математическим моделям в биологии М-Ижевск, Изд. РХД, 2002, 236 с.
- Ризниченко Г. Ю., Рубин А. Б. Математические модели биологических продукционных процессов. // М.: МГУ, 1993. 300 с.
- Роберте Ф.С. Дискретные математические модели с приложениями к социальным, биологическим и экологическим задачам: Пер. с англ. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. — 496 с.
- Сиразетдинов Б.Р. Динамическое моделирование утилизациии органических отходов в закрытом биореакторе. // Тезисы докладовмеждународной молодежной конференции «XXVII Гагаринские Чтения». Москва, 2001. — С. 53−54
- Сиразетдинов Б.Р. Анализ развития микроорганизмов в биореакторе на основе динамической модели. // Труды республиканской научно-практической конференции «Интеллектуальные системы и информационные технологии». Казань, 2001. — С. 181−183
- Сиразетдинов Б.Р. Динамическое моделирование развития микроорганизмов в биомассе с распределенными параметрами. // Тезисы докладов второго международного конгресса «Нелинейный Динамический Анализ». Москва, 2002. — С. 242
- Сиразетдинов Б.Р. Динамическое моделирование процессов в биомассе как системы с распределенными параметрами. // Вестник КГТУ им. А. Н. Туполева. Казань, 2004. — № 1. — С. 62−65
- Сиразетдинов Б.Р. К задаче моделирования процессов в биомассе как системы с распределенными параметрами. // Вестник КГТУ им. А. Н. Туполева. Казань, 2004. — № 2. — С. 53−56
- Сиразетдинов Б.Р. Математическое моделирование образования газов в реакторах бытовых отходов. // Материалы Всероссийского семинара «Пятый Всероссийский Ахметгалеевский семинар». Казань, 2005.-С. 28
- Сиразетдинов Б.Р. Математическое моделирование процессов биодеградации в реакторах бытовых отходов. // Тезисы докладов Международной молодежной научной конференции «XXXI Гагаринские чтения». Москва, 2005. — Т8. — С. 29−30
- Сиразетдинов Р.Т. К решению основной задачи управления (ОЗУ) // Изв. вузов. Авиационная техника. 1982. № 4. С.85−89.
- Сиразетдинов Р.Т. О построении множества решений основной задачи управления для линейных стационарных систем в условиях неопределенности // Шестая Всесоюзная конференция по управлению в механических системах: Тезисы докладов. Львов, 1988. С. 142.
- Сиразетдинов Р.Т. Определение области решения основной задачи управления // Оптимизация процессов в авиационной технике: Межвузовский сборник-КАИ, Казань, 1982. С.4348.
- Сиразетдинов Р.Т. Решение основной задачи управления методом одновременного спуска // Оптимизация процессов в авиационной технике: Межвузовский сборник-КАИ, Казань, 1980. С.82−88.
- Сиразетдинов Р.Т. Синтез области управления для упругого летательного аппарата // Алгоритмы, средства и системы автоматического управления: Тезисы докладов Волгоград, 1984. С.3940.
- Сиразетдинов Р.Т. Синтез регулятора для линейных систем методом одновременного спуска // Оптимизация процессов в авиационной технике: Межвузовский сборник КАИ, Казань, 1981. С.100−103.
- Сиразетдинов Т.К., Халитов И. Х. Выбор весовых коэффициентов в задаче оптимального демпфирования упругих колебаний крыла // Изв. вузов. Авиационная техника. 1982. № 2. С.3540.
- Сиразетдинов Т.К., Халитов И. Х. Выбор весовых коэффициентов минимизируемой интегральной квадратичной формы в задаче стабилизации вращательных движений упругих летательных аппаратов // Изв. вузов. Авиационная техника. 1976. № 2. С. 101−105.
- Сиразетдинов Т.К. Динамическое моделирование экономических объектов // Казань: Фэн, 1996. 224 с.
- Сиразетдинов Т.К. Методы решения многокритериальных задач синтеза технических систем. М. Машиностроение, 1988. 160 с.
- Сиразетдинов Т.К. Устойчивость систем с распределенными параметрами / // Новосибирск: Наука, 1987. 231 с.
- Смирнов С.В. Применение основной задачи управления к синтезу устойчивых линейных систем // Оптимизация процессов в авиационной технике: Межвузовский сборник КАИ, Казань, 1978. Вып.2. С.67−69.
- Смит Дж. Математические модели в биологии. М., Мир, 1970, 175с.
- Смит Дж. Модели в экологии. М., Мир, 1976, 184 с.
- Уонг X. Основные формулы и данные по теплообмену для инженеров. Справочник. М.: Атомиздат, 1979. 216 с.
- Филд Р. Колебания и бегущие волны в химических системах. / Под ред. М.Бургера. М., 1988. 720 с.
- Форстер К.Ф., Вейз Д.А.Дж. и др. Экологическая биотехнология // Л.: Химия, 1990 — 384 с.
- Фурсова П.В., Левич А. П., Алексеев В. Л. Экстремальные принципы в математической биологии // Успехи современной биологии, 2003, том 123, № 2, С. 115−137.
- Batstone D.J., Keller J., Angelidaki I. et al. // Anaerobic Digestion Model. 2002. № 1. IWA Publishing. London.
- Chen Y.R. Kinetic analysis of anaerobic digestion of pig manure and its design implications. / Y.R. Chen // Agricultural Wastes, 1983. № 8 — P. 65−81.
- Chen Y.R., Hashimoto A.G. Kinetics of methane fermentation, In C.D. Scott (ed.), Biotechnology and Bioengineering Symposium, No.8. -John Wiley & Sons, 1979 P. 269−282
- Douglas King A. Jr., Bayne H. G., Alderton G. Nonlogarithmic death rate calculations for Byssochlamys fulva and other microorganisms // Applied and environmental microbiology, Mar. 1979, Vol. 37, № 3 — P. 596−600
- Droop M.R., Phycol J. Some thoughts on nutrient limitation in algae // 1973. V.9. P.264−272.
- Hashimoto A.G. Thermophilic and mesophilic anaerobic fermentation of swine manure. Agricultural Wastes, 6, 1983 P. 175−191.
- Jeffries С., Mathematical Modelling in Ekology. Birkhaser. Boston, Basel, Berlin. 1988. 190 p.
- Leroy F.A., De Vuyst L. Combined Model To Predict the Functionality of the Bacteriocin-Producing Lactobacillus sakei Strain CTC 494 // Applied and environmental microbiology. American Society for Microbiology, 2003. — Vol.69 № 2. — P. 1093−1099
- Levin S.A. Community equlibra and stability, and an extention of the competitive exclusion principle // American Naturalist. 1970. 104. -P.413 -423.
- Levin S.A. Dispersion and population interactions. American Naturalist 108(960): 1974-P.207−228.
- Levin S.A. Paine R.T. Disturbance, patch formation, and community structure. Proceedings of the National Academy of Sciences, U.S.A. 71(7): 1974 P.2744−2747.
- Levin S.A. Lectures on Mathematics in the Life Sciences, Vol. 7: Some Mathematical Questions in Biology VI. American Mathematical Society, Providence, 1974 RI. 232 + vi pp.
- Levin S.A. Lectures on Mathematics in the Life Sciences, Vol. 8: Some Mathematical Questions in Biology VII. American Mathematical Society, Providence, 1976 RI. 182 + vi pp.
- Levin S.A. Lectures on Mathematics in the Life Sciences, Vol. 9: Some Mathematical Questions in Biology VIII. American Mathematical Society, Providence, 1977 RI. 186 + vi pp. 1976
- Levin, S.A. 1976. Population dynamic models in heterogeneous environments. Annual Review of Ecology and Systematics 7: P. 1287−1311.
- Levin S.A. Spatial patterning and the structure of ecological communities-1976-P. 1−36
- Levin S.A. On the care and use of mathematical models. American Naturalist 109(970): 1975 -P.785−786.
- Liebig J. Chemistry in its application to agriculture and physiology. L.: Taylor and Walton. 1840.
- Michel A.N., Porter D.W. Practical Stability and Finite-Time Stability of Discontinuous Systems.//IEEE Transactions on Circuit Theory, 1972, Vol. CT-19, No 2, P. 123−129.
- Post E., Levin S.A., Iwasa Y., Stenseth N.C. Reproductive asynchrony increases with environmental disturbance. Evolution 55: 2001 P.830−834.
- Statistical Mechanics in Biophysics: A Memorial to Julius L. Jackson. AIP Conference Proceedings No. 27. 1976 — P. 123−152
- Skellam J. Models, inference and strategy. Biometrics 1969−25: P.457−475.
- Skellam J.G. Random dispersal in theoretical populations. Biometrika 38 (1−2): 1951-P. 196−218.
- Smith H.L., Waltman P. The theory of chemostat: dynamics of microbial competition. // Cambridge University Press, 1995. 329 p.
- Sole R.V., Levin S. Theme Issue: The Biosphere as a complex adaptive system. Philosophical Transactions of the Royal Society, Series В 357: 2002-P.617−725.
- Spivak I.R., Rokem J.S. Analyses of possible steady states for mixed culture grown on natural gas // Ecological modelling. 1995. 80. -P.257−278.
- Suirishev Y.M., Logolev D.O., Stability of Biological Communities. Mir. 1986
- Van Der Molen Y.F., Ecologia, E.P.U. Editoria Pedagogica e Universi-tariaLtda. Sao Paulo, 1981, 121p.
- Verhulst, P.F. Notice sur la loi que la population suit dans son accrois-sement, Corr. Math. Et Phys. 10, 1838 P. l 13−121
- Whittaker R.H., Levin S.A. The role of mosaic phenomena in natural communities. Theoretical Population Biology 12(2): 1977-P.l 17−139.