本申請涉及電機控制領域，尤其涉及一種用于固定化酶生產(chǎn)的攪拌電機控制方法及相關產(chǎn)品。

背景技術：

1、在固定化酶生產(chǎn)過程中，攪拌環(huán)節(jié)對產(chǎn)品質量起著至關重要的作用。目前，固定化合成用青霉素g酰化酶的生產(chǎn)主要包括發(fā)酵、提取和固定化三個關鍵環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)都需要精確的攪拌控制。在發(fā)酵階段，種子培養(yǎng)和工程菌發(fā)酵過程需要均勻攪拌以確保菌體生長；在提取階段，絮凝沉淀和純化過程中的攪拌強度直接影響產(chǎn)品的純度；而在固定化階段，載體與酶液的緩慢攪拌更是決定了最終產(chǎn)品的活性和穩(wěn)定性。

2、目前廣泛使用的攪拌裝置主要存在以下幾個方面的問題：首先，攪拌強度調節(jié)精度不足，大多采用簡單的變頻調速方式，難以實現(xiàn)精確的速度控制，無法滿足不同工藝階段對攪拌強度的差異化要求。其次，攪拌均勻度差，在大型反應器中容易形成死角，導致反應不完全或局部過度攪拌。第三，缺乏智能化控制手段，無法根據(jù)工藝參數(shù)自動調整攪拌策略，需要操作人員頻繁干預。第四，能耗較高，特別是在大規(guī)模生產(chǎn)中，攪拌系統(tǒng)的能源消耗構成了重要的成本因素。這些技術問題嚴重制約了固定化酶生產(chǎn)效率的提升。在發(fā)酵階段，不當?shù)臄嚢钑绊懢w生長和酶的表達水平；在提取階段，攪拌不均會降低產(chǎn)品純度和收率；在固定化階段，攪拌控制的偏差更可能導致酶活性大幅損失。這不僅影響產(chǎn)品質量，還會增加生產(chǎn)成本。此外，現(xiàn)有攪拌設備的維護成本較高，易損件更換頻繁。攪拌系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性問題也增加了生產(chǎn)過程的不確定性，影響產(chǎn)品質量的一致性控制。隨著生物制藥行業(yè)對產(chǎn)品質量要求的不斷提高，傳統(tǒng)攪拌裝置的局限性日益凸顯。

3、因此，亟需一種技術方案，從而能夠使電機在固定化酶生產(chǎn)全流程中進行高效攪拌。

技術實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術的不足，本申請實施例披露了一種用于固定化酶生產(chǎn)的攪拌電機控制方法及相關產(chǎn)品。本申請解決了現(xiàn)有技術無法滿足不同工藝階段對攪拌強度的差異化要求等技術問題。

2、本申請實施例披露了一種用于固定化酶生產(chǎn)的攪拌電機控制方法，包括：在菌種接種攪拌階段，通過計算轉速偏差的控制量并輸入變頻器，控制攪拌電機啟動至第一預設轉速，并利用永磁同步電機的矢量控制進行轉速調節(jié)；在發(fā)酵增殖攪拌階段，將攪拌電機轉速提升至第二預設轉速，采用轉矩前置補償方案建立轉矩預估模型，根據(jù)發(fā)酵時間計算黏度系數(shù)并調整輸出；在均質破碎攪拌階段，將攪拌電機轉速提升至第三預設轉速，采用轉速-轉矩雙環(huán)節(jié)控制，對不同轉速段分別采用對應控制參數(shù)計算轉矩指令；在固定化反應攪拌階段，將攪拌電機轉速降至第四預設轉速，采用轉子磁鏈定向控制，通過低通濾波處理q軸電流指令直至轉速降至零。

3、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，通過計算轉速偏差的控制量并輸入變頻器，控制攪拌電機啟動至第一預設轉速，并利用永磁同步電機的矢量控制進行轉速調節(jié)，包括：控制攪拌電機啟動至預設轉速，將啟動電流控制至額定電流的預定倍數(shù)以下；采用轉速偏差計算控制量，其中控制量由穩(wěn)態(tài)項和動態(tài)項構成，穩(wěn)態(tài)項按照目標轉速與額定轉速的比值計算；動態(tài)項根據(jù)轉速偏差及其積分計算，將合成控制量輸入變頻器驅動電機；通過永磁同步電機的矢量控制實現(xiàn)轉速調節(jié)，使轉速波動控制在預定范圍內。

4、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，將攪拌電機轉速提升至第二預設轉速，采用轉矩前置補償方案建立轉矩預估模型，根據(jù)發(fā)酵時間計算黏度系數(shù)并調整輸出，包括：將攪拌電機轉速提升至第二預設轉速，其中轉速提升過程的斜率為預定值；采用轉矩前置補償方案，根據(jù)發(fā)酵液黏度變化規(guī)律建立轉矩預估模型；根據(jù)發(fā)酵時間計算發(fā)酵液等效黏度系數(shù)，預估轉矩并提前調整輸出；當攪拌軸徑向振動幅值超過預定值時，降低轉速至預定數(shù)值。

5、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，在均質破碎攪拌階段，將攪拌電機轉速提升至第三預設轉速，采用轉速-轉矩雙環(huán)節(jié)控制，對不同轉速段分別采用對應控制參數(shù)計算轉矩指令，包括：將攪拌電機轉速提升至第三預設轉速，采用轉速-轉矩雙環(huán)節(jié)控制方案；根據(jù)轉速范圍采用分段線性化方法計算轉矩指令，低速段和高速段分別采用對應控制參數(shù)；內環(huán)采用電流跟蹤控制，調整控制參數(shù)的非線性特性；當定子溫度超過預定值時，降低轉速至預定數(shù)值。

6、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，在固定化反應攪拌階段，將攪拌電機轉速降至第四預設轉速，采用轉子磁鏈定向控制，通過低通濾波處理q軸電流指令直至轉速降至零，包括：將攪拌電機轉速降至第四預設轉速，采用轉子磁鏈定向控制；控制轉子磁鏈矢量與d軸重合，保持轉子磁鏈模值和d軸電流在預定值；對q軸電流指令進行低通濾波處理，并根據(jù)轉矩需求動態(tài)調整；控制三相繞組電流不平衡度在預定范圍內，最后使轉速在預定時間內降至零。

7、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，根據(jù)發(fā)酵液黏度變化規(guī)律建立轉矩預估模型，包括：，其中，表示轉矩，表示發(fā)酵液等效黏度系數(shù)，表示轉速，表示轉動慣量，表示角加速度，表示阻尼系數(shù)。

8、一種可以的實現(xiàn)方式中，其中，對q軸電流指令進行低通濾波處理，并根據(jù)轉矩需求動態(tài)調整，包括：，其中，表示q軸電流指令，表示第一濾波時間常數(shù)，表示第二濾波時間常數(shù)，表示目標轉矩，表示轉矩系數(shù)。

9、本申請實施例還披露了一種應用如上述實施例任一項所述攪拌電機控制方法的控制系統(tǒng)，包括：電源單元，包括三相交流輸入端；功率變換單元，包括通過直流母線相連的有源整流器和逆變器，所述有源整流器與所述電源單元電連接；電機驅動單元，包括永磁同步電機，其定子繞組與所述逆變器的輸出端電連接，轉子表面貼裝永磁體；反饋單元，包括位置傳感器、電流傳感器和溫度傳感器，用于采集所述永磁同步電機的運行狀態(tài)參數(shù)；以及控制單元，包括雙dsp結構，配置有空間矢量pwm調制算法、轉子磁鏈定向算法和轉速轉矩雙閉環(huán)控制算法，用于根據(jù)所述反饋單元采集的參數(shù)控制所述永磁同步電機的運行。

10、本申請實施例還披露了一種用于固定化酶生產(chǎn)的攪拌電機控制設備，包括：處理器、存儲器、系統(tǒng)總線；其中，所述處理器以及所述存儲器通過所述系統(tǒng)總線相連；所述存儲器用于存儲一個或多個程序，所述一個或多個程序包括指令，所述指令當被所述處理器執(zhí)行時使所述處理器執(zhí)行上述實施例任一項所述的方法。

11、在如上所披露的一種用于固定化酶生產(chǎn)的攪拌電機控制方法及相關產(chǎn)品中，本申請實施例通過多階段攪拌電機控制策略相結合，能夠使電機在固定化酶生產(chǎn)全流程中進行高效攪拌。

技術特征：

1.一種用于固定化酶生產(chǎn)的攪拌電機控制方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的攪拌電機控制方法，其特征在于，其中，通過計算轉速偏差的控制量并輸入變頻器，控制攪拌電機啟動至第一預設轉速，并利用永磁同步電機的矢量控制進行轉速調節(jié)，包括：

3.根據(jù)權利要求1所述的攪拌電機控制方法，其特征在于，其中，將攪拌電機轉速提升至第二預設轉速，采用轉矩前置補償方案建立轉矩預估模型，根據(jù)發(fā)酵時間計算黏度系數(shù)并調整輸出，包括：

4.根據(jù)權利要求1所述的攪拌電機控制方法，其特征在于，其中，在均質破碎攪拌階段，將攪拌電機轉速提升至第三預設轉速，采用轉速-轉矩雙環(huán)節(jié)控制，對不同轉速段分別采用對應控制參數(shù)計算轉矩指令，包括：

5.根據(jù)權利要求1所述的攪拌電機控制方法，其特征在于，其中，在固定化反應攪拌階段，將攪拌電機轉速降至第四預設轉速，采用轉子磁鏈定向控制，通過低通濾波處理q軸電流指令直至轉速降至零，包括：

6.根據(jù)權利要求3所述的攪拌電機控制方法，其特征在于，其中，根據(jù)發(fā)酵液黏度變化規(guī)律建立轉矩預估模型，包括：

7.根據(jù)權利要求5所述的攪拌電機控制方法，其特征在于，其中，對q軸電流指令進行低通濾波處理，并根據(jù)轉矩需求動態(tài)調整，包括：

8.一種應用如權利要求1-7任一項所述攪拌電機控制方法的控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

9.一種用于固定化酶生產(chǎn)的攪拌電機控制設備，其特征在于，包括：處理器、存儲器、系統(tǒng)總線；其中，所述處理器以及所述存儲器通過所述系統(tǒng)總線相連；所述存儲器用于存儲一個或多個程序，所述一個或多個程序包括指令，所述指令當被所述處理器執(zhí)行時使所述處理器執(zhí)行權利要求1-7任一項所述的方法。

技術總結
本申請公開了一種用于固定化酶生產(chǎn)的攪拌電機控制方法及相關產(chǎn)品，涉及電機控制領域，所述方法包括：在均質破碎攪拌階段，將攪拌電機轉速提升至第三預設轉速，采用轉速?轉矩雙環(huán)節(jié)控制，對不同轉速段分別采用對應控制參數(shù)計算轉矩指令；在固定化反應攪拌階段，將攪拌電機轉速降至第四預設轉速，采用轉子磁鏈定向控制，通過低通濾波處理q軸電流指令直至轉速降至零。通過本申請的方案，能夠使電機在固定化酶生產(chǎn)全流程中進行高效攪拌。

技術研發(fā)人員：王金剛,步緒亮,梁巖,任亮,韋炎龍
受保護的技術使用者：上海邦林生物科技有限公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/2