受控生态生保系统光藻反应器的建模与优化仿真研究.pdf

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1、Q693公开UDC�单位代码11035I?-诈irMl::SHENYANGUNIVERSITY§1硕士字位论文fnH-III_Ifrsrarlrllr^r•/!/.w»!«»sr卟/•!!!-丨•、<7»>•sssar1b：«olAgga~t‘HI=•»i,"W«S3ssaifws:sa»I•jiirasssa^BtsaiB•bpT'"!'asnnsama••—•""i.jS•‘-

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3、10121作者孙振天专业(领域)机械工程急坊.A(解！•，：為,独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得沈阳大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名：日期：关于论文使用授权的说明本人完全了解沈阳大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以釆用

4、影印、缩印或其他复制手段保存论文。(保密的论文在解密后应遵循此规定）签名：次导师签名：—日期：請‘“《沈阳大学专业硕士学位论文受控生态生保系统光藻反应器的建模与优化仿真研究论文题目：作者：_________________________孙振天指导教师：赵丽丽副教授单位：沈阳大学协助指导教师：赵双双高级工程师单位：沈阳飞机设计研究所单位：论文答辩日期：2014年06月25日学位授予单位：沈阳大学AMaster’sThesisinMechanicalEngineeringStudyontheModelingandOptimizingSimulationofLigh

5、t-AlgaeBioreactorinControlledEcologicalLifeSupportSystemCandidate:SunZhentianSupervisor：AssociateprofessorZhaoLiliSchoolofMechanicalEngineeringShenyangUniversityJune25,2015摘要受控生态生保系统（ControlledEcologicalLifeSupportSystem,CELSS）是在有限的密闭空间中通过实现物质与能量的循环，为宇航员的生命活动提供物质保障。微藻含有丰富的营养物质，且具有高效吸

6、收二氧化碳产生氧气、生长迅速易控制的优点，因而可以在CELSS通过光藻反应器（LightAlgaeBioreactor,LABR）培养微藻来吸收CO2，为航天员提供食物和氧气。由于空间环境的特殊性，在地面进行空间环境微藻培养的实验研究存在很大的难度，因此对受控生态生保系统中光藻反应器的建模与优化仿真研究具有十分重要的意义。首先，本文以容积为10L的平板式LABR为研究对象，通过分析光强、温度、营养盐浓度、液相溶氧以及pH值与微藻生长过程的关系，使用MATLAB/simulink软件建立了LABR系统的数学仿真模型，并将仿真结果与现有的实验数据进行对比，验证模型的

7、可行性。然后，在所建模型的基础上，分别以阶跃和方波信号作为螺旋藻生物量的参考值，采用PID控制器和模糊控制器对LABR系统进行控制和优化；通过分析LABR内螺旋藻生物量以及主要影响因素的仿真结果，比较这两种控制方式的优缺点。最后，从航天员需求营养物质成分的角度来看，筛选了两种微藻在光藻反应器中进行混合培养，并建立了这两种微藻混合培养的LABR数学仿真模型。根据光藻反应器在受控生态生保系统中所起的作用，建立了“人——微藻”受控生态生保系统。研究结果表明：在MATLAB中建立的光藻反应器数学仿真模型是可行的；在LABR系统的控制过程中，与PID控制器相比，用于非线性

8、控制的模糊控制器能更好地实现对LABR系统的控制优化；从两种微藻混合培养的LABR数学仿真模型中得出当温度为30℃、光强为150μmol/m2•s时，小球藻和螺旋藻可以在LABR中较好的生长；采用每天添加7.5g藻种，通过模糊控制器连续控制螺旋藻的生长，I沈阳大学硕士学位论文实现了每天从LABR中取出150g的螺旋藻干物质作为航天员的营养物质（蛋白质为主）。关键词：CELSS，光藻反应器，模型建立，优化控制，系统仿真IIStudyontheModelingandOptimizingSimulationofLightAlgaeBioreactorinControl

9、ledEcologica