Feedforward Control of Coupled, Competing Population Systems based on Input-/Output-Models

基于输入/输出模型的耦合竞争群体系统的前馈控制

基本信息

项目摘要

Based on the approach to model-based control design for an intraspecific competitive population system, the goal in this research project is to derive methods that lead to input-output models and controls based on them, for two coupled interspecific competitive population systems. Considering a single population, it has been shown that the population density, which can be controlled by the dilution rate, has an age structure fixed by the system parameters, which can only be influenced in amplitude over time. However, due to the different behaviors of the organisms depending on their age, it is desirable to influence this structure, for example, to maximize the metabolic activity of the total population at a given time. Therefore, the second grant periode will now investigate how this age structure can be influenced. It will be answered how the age structure is influenced by the coupling to a second population. The question is whether requirements can be made to the system parameters of a second species so that the age structure of the first species can be influenced in a desired way. Another option to influence the age structure, which will be investigated in this grant periode, is the recycling rate as a second control input. It will be answered how this additional dilution rate, which enters proportionally to the steady-state profile, affects the age structure.The remaining question is, in which way it is possible to extend the analytical solution methodology from the first grant period to two coupled population systems for the realization of control tasks. To what extent does the coupling influence the analytical approach to the system and which strategies can be used to find a system representation that allows the application of the methodology from the first grant period.The theoretical findings will be validated experimentally using a Permittistat-reactor. This reactor reflects a simplified realization of a variety of relevant applications such as wastewater treatment plants and bioreactors for protein synthesis. In terms of biological application, the investigation in the second grant period will allow to gain a deeper understanding of the system and to develop suitable approaches for model-based control of coupled population systems.
基于基于种内竞争人群系统的基于模型的控制设计的方法,该研究项目的目标是为两个耦合的种间竞争种群系统提供导致输入输出模型和基于它们的输入输出模型和控制的方法。考虑到一个人群,已经表明,可以通过稀释率控制的人口密度具有由系统参数固定的年龄结构,而系统参数只能随着时间的推移而在幅度中受到影响。但是,由于生物体的不同行为取决于它们的年龄,因此希望影响这种结构,例如,在给定时间最大化总人群的代谢活性。因此,第二个赠款浮游生物现在将研究如何影响这种年龄结构。将回答年龄结构如何受到第二个人口的耦合的影响。问题是是否可以对第二种物种的系统参数提出要求,以便可以以期望的方式影响第一种物种的年龄结构。影响年龄结构的另一种选择,将在此赠款eRode中进行研究,是回收率作为第二个控制输入。将回答这种额外的稀释率如何影响年龄结构。其余问题是,以哪种方式将分析解决方案方法从第一个赠款期扩展到两个耦合的人群系统,以实现控制任务。耦合在多大程度上影响系统的分析方法,以及哪些策略可用于找到允许从第一个赠款期使用该方法的系统表示。理论发现将使用persittatt-rectitor进行实验验证。该反应器反映了各种相关应用的简化实现,例如废水处理厂和蛋白质合成的生物反应器。在生物学应用方面,第二个赠款期间的调查将使对系统有更深入的了解,并开发出适当的方法,以基于模型的耦合人群系统的控制。

项目成果

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