Optimización del control difuso de oxígeno disuelto para cultivos recombinantes
Autores: Akisue, Rafael Akira; Harth, Matheus Lopes; Horta, Antonio Carlos Luperni; de Sousa Junior, Ruy
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Optimización del control difuso de oxígeno disuelto para cultivos recombinantes
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería de Software
Palabras clave
Suministro de oxígeno
Biorreactor
Controlador difuso de oxígeno disuelto
MATLAB
Sistemas de inferencia difusa
Algoritmo de árbol de decisiones
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Debido a la baja solubilidad de oxígeno y limitaciones de agitación mecánica de un biorreactor, garantizar un suministro adecuado de oxígeno durante un cultivo recombinante es un desafío importante en el control del proceso. Ante este hecho, se desarrolló un controlador difuso de oxígeno disuelto, teniendo en cuenta un algoritmo de árbol de decisiones presentado en la literatura e implementado en el software de supervisión SUPERSYS_HCDC. El algoritmo fue codificado en MATLAB con sus parámetros de funciones de membresía determinados utilizando una herramienta de Sistema de Inferencia Difuso Basado en Redes Adaptativas. El controlador estaba compuesto por tres sistemas de inferencia difusa independientes: Princ1 y Princ2 evaluaban si habría un incremento o una reducción en las tasas de flujo de aire y oxígeno (respectivamente), mientras que Delta estimaba el tamaño de estas variaciones. Para probar el controlador, se realizaron simulaciones con un modelo de red neuronal y cultivos. La difusificación del árbol de decisiones fue exitosa, lo que resultó en la suavización de las tasas de flujo de aire y oxígeno y, por lo tanto, en una atenuación de las oscilaciones de oxígeno disuelto. Estadísticamente, la desviación estándar promedio del controlador difuso fue 2.45 veces menor que la del árbol de decisiones (9.48%). Los resultados apuntan hacia un aumento en la vida útil del medidor de flujo y una posible reducción del estrés metabólico sufrido durante el cultivo.
Descripción
Debido a la baja solubilidad de oxígeno y limitaciones de agitación mecánica de un biorreactor, garantizar un suministro adecuado de oxígeno durante un cultivo recombinante es un desafío importante en el control del proceso. Ante este hecho, se desarrolló un controlador difuso de oxígeno disuelto, teniendo en cuenta un algoritmo de árbol de decisiones presentado en la literatura e implementado en el software de supervisión SUPERSYS_HCDC. El algoritmo fue codificado en MATLAB con sus parámetros de funciones de membresía determinados utilizando una herramienta de Sistema de Inferencia Difuso Basado en Redes Adaptativas. El controlador estaba compuesto por tres sistemas de inferencia difusa independientes: Princ1 y Princ2 evaluaban si habría un incremento o una reducción en las tasas de flujo de aire y oxígeno (respectivamente), mientras que Delta estimaba el tamaño de estas variaciones. Para probar el controlador, se realizaron simulaciones con un modelo de red neuronal y cultivos. La difusificación del árbol de decisiones fue exitosa, lo que resultó en la suavización de las tasas de flujo de aire y oxígeno y, por lo tanto, en una atenuación de las oscilaciones de oxígeno disuelto. Estadísticamente, la desviación estándar promedio del controlador difuso fue 2.45 veces menor que la del árbol de decisiones (9.48%). Los resultados apuntan hacia un aumento en la vida útil del medidor de flujo y una posible reducción del estrés metabólico sufrido durante el cultivo.