(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210898341.X (22)申请日 2022.07.28 (71)申请人 飞鼎智造(上海)生物科技有限公司 地址 200240 上海市闵行区鹤庆路398号 41 幢 (72)发明人 毕军　高海辉　 (74)专利代理 机构 上海和华启核知识产权代理 有限公司 313 39 专利代理师 赵祖祥 (51)Int.Cl. C12M 1/34(2006.01) C12M 1/36(2006.01) C12M 1/00(2006.01) C12Q 3/00(2006.01) G05B 11/42(2006.01) (54)发明名称 生物反应 器溶氧控制系统及控制方法 (57)摘要 本发明提供一种生物反应器溶氧控制系统 及控制方法。 生物反应器溶氧控制 系统， 包括： 溶 氧传感器， 用于实时采集生物反应器的溶氧测量 值； PID控制器， 用于基于溶氧测量值、 溶氧设定 值、 比例常数、 积分时间常数、 微分时间常数、 死 区及周期时间得到PID输出值； 线 性控制器， 用于 基于PID输出值及执行器输 出值得到PIW驱动值； 执行器， 用于基于PIW驱动值输出执行器输出值， 并基于执行器输出值调节生物反应器中的溶氧 值， 且将执行器输出值反馈至线性控制器。 本发 明的生物反应器溶氧控制系统可以避免能源浪 费， 不会对所述生物反应器中的细胞造成损伤， 不会影响细胞代谢； 可以保证生物反应器具有精 准的溶氧值。 权利要求书2页 说明书10页 附图3页 CN 115093953 A 2022.09.23 CN 115093953 A 1.一种生物反应 器溶氧控制系统， 其特 征在于， 包括： 溶氧传感器， 用于实时采集 生物反应 器的溶氧测量值； PID控制器， 与所述溶氧传感器相连接， 用于基于所述溶氧测量值、 溶氧设定值、 比例常 数、 积分时间常数、 微分时间常数、 死区及周期时间得到PID输出值； 线性控制器， 与所述PID控制器相连接， 用于基于所述PID输出值及执行器输出值得到 PIW驱动值； 执行器， 与所述线性控制器相连接， 用于基于所述PIW驱动值输出所述执行器输出值， 并基于所述执行器输出值调节生物反应器中的溶氧值， 且将所述执行器输出值反馈至所述 线性控制器。 2.根据权利要求1所述的生物反应 器溶氧控制系统， 其特 征在于： 还 包括： 设定模块， 与所述PID控制器相连接， 用于设定所述溶氧设定值、 所述比例常数、 所述积 分时间常数、 所述 微分时间常数、 所述死区及所述周期时间。 3.根据权利要求1或2所述的生物反应 器溶氧控制系统， 其特 征在于： 还 包括： 使能信号生成模块， 与所述PID控制器、 所述线性控制器及所述执行器相连接， 用于将 所述PID输出值与所述执行器输出值进行比较， 并在所述PID输出值大于等于所述执行器输 出值的最小值且小于所述执行器输出值的最大值时生成使能信号， 并将所述使能信号传输 至所述线性控制器。 4.一种生物反应 器溶氧控制方法， 其特 征在于， 包括： 实时采集 生物反应 器的溶氧测量值； 基于溶氧测量值、 溶氧设定值、 比例常数、 积分时间常数、 微分时间常数、 死区及周期时 间得到PID输出值； 基于所述PID输出值及执 行器输出值得到PI W驱动值； 基于所述PIW驱动值输出所述执行器输出值， 并基于所述执行器输出值调节所述生物 反应器中的溶 氧值。 5.根据权利要求4所述的生物反应器溶氧控制方法， 其特征在于： 基于溶氧测量值、 溶 氧设定值、 比例常数、 积分时间常数、 微分时间常数、 死区及周期时间得到PID输出值， 包括： 将所述溶 氧设定值与所述溶 氧测量值的差值与所述死区进行比较； 若所述溶 氧设定值与所述溶 氧测量值的差值 位于所述死区内， 则所述PID输出值 为零； 若所述溶氧设定值与所述溶氧测量值的差值位于所述死区外， 则将比例输出值、 积分 输出值及微分输出值之和作为所述PID输出值。 6.根据权利要求5所述的生物反应器溶氧控制方法， 其特征在于： 所述比例输出值的计 算公式为： P1＝(Sv‑Pv)×Kp； 其中， P1为比例输出值， Sv为溶 氧设定值， Pv为溶 氧测量值， Kp为比例常数。 7.根据权利要求5所述的生物反应器溶氧控制方法， 其特征在于： 所述积分输出值的公 式为： 权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115093953 A 2其中， P2为积分输出值， Sv为溶氧设定值， Pv为溶氧测量值， Ki为积分时间常数， Ct为周 期时间。 8.根据权利要求5所述的生物反应器溶氧控制方法， 其特征在于： 所述微分输出值的公 式为： 其中， P3为微分输出值， Kd为微分时间常数， Ct为周期时间， Pvt为当前时间的溶氧测量 值， Pvt‑1为上一次的溶 氧测量值。 9.根据权利要求4所述的生物反应器溶氧控制方法， 其特征在于： 基于所述PID输出值 及执行器输出值得到PI W驱动值的公式为： PPIW＝Poutmin+(PPID‑PPIDmin)×(Poutmax‑Poutmin)/(PPIDmax‑PPIDmin) 其中， PPIW为PIW驱动值， PPID为PID输出值， PPIDmax为PID输出最大值， PPIDmin为PID输出最 小值， Poutmax为执行器输出最大值， Poutmin为执行器输出最小值。 10.根据权利要求4至9中任一项所述的生物反应器溶氧控制方法， 其特征在于： 基于所 述PID输出值及执 行器输出值得到PI W驱动值之前， 还 包括： 将所述PID输出值与所述执 行器输出值进行比较； 若所述PID输出值大于等于所述执行器输出值的最小值且小于所述执行器输出值的最 大值， 则生成使能信号； 收到所述使能信号后， 基于所述PID输出值及执 行器输出值得到PI W驱动值。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115093953 A 3