一种发酵智能控制系统和方法

本公开涉及人工智能，尤其涉及一种发酵智能控制系统和方法。

背景技术：

1、在发酵过程中，需要控制微生物的生长代谢产物的产生、种群及营养状态等，以获得生产所需产物的最大产量和/或最佳质量。

2、早期对于发酵过程的控制方法主要为手动控制，操作者通过经验和观察对发酵过程进行控制，这种方法较为简单易行，适用于一些简单的发酵过程，但操作者需要经验丰富且麻烦，无法满足高质量、大规模的产出要求。现在常用的控制方法为：在发酵过程中预设各种参数的数值范围(如温度、湿度、氧浓度等)，通过传感器定期采集各种参数的实际数值，将采集到的实际数值与预设的数值范围进行比对，根据比对结果来对各种参数进行对应的控制。

3、发明人发现，以上控制方法至少存在以下问题：(1)因传感器发生故障导致测试不准时，对参数进行错误的控制；(2)因外界环境突变等情况已经对发酵结果产生了不可逆的影响时，单纯控制相应参数已经无法达到对发酵产物的产量和/或质量的有效控制。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开实施例提供了一种发酵智能控制系统和方法，能够在多种情况下对发酵过程进行准确控制。

2、第一方面，本公开实施例提供了一种发酵智能控制系统，采用如下技术方案：

3、所述发酵智能控制系统包括：

4、曲线确定模块，用于根据多种发酵原料的类型确定各所述发酵原料的标准发酵曲线，所述标准发酵曲线包括n个过程参数与发酵时间之间的对应关系，以及一个结果参数与发酵时间之间的对应关系，n为大于1的正整数；

5、参数监测模块，用于在第一时刻对目标发酵原料发酵过程中的n个过程参数和一个结果参数进行监测，得到n个过程参数值和一个结果参数值；

6、参数比对模块，用于将监测得到的n个过程参数值和一个结果参数值分别与所述目标发酵原料的标准发酵曲线进行比对，得到n个过程参数比对结果和一个结果参数比对结果；

7、结果判断模块，用于根据所述结果参数比对结果，确定是否需要对所述目标发酵原料的标准发酵曲线进行调整；

8、趋势预测模块，用于在不需要进行调整时，将监测得到的n个过程参数值输入趋势预测模型，对n个过程参数在第二时刻的过程参数值进行预测，得到预测结果；

9、智能控制模块，用于根据n个比对结果和所述预测结果对所述目标发酵原料的发酵过程进行智能控制；

10、曲线调整模块，用于在需要进行调整时，对所述目标发酵原料的标准发酵曲线进行调整，更新所述目标发酵原料的所述标准发酵曲线。

11、可选地，所述曲线确定模块包括：

12、类型预设单元，用于预先设置发酵原料的多种类型；

13、趋势确定单元，用于根据各类型的发酵原料的发酵特性，确定对应的发酵参数变化趋势；

14、曲线生成单元，用于根据历史发酵数据和所述发酵参数变化趋势，生成各类型的发酵原料的标准发酵曲线。

15、可选地，所述参数监测模块包括：

16、时间确定单元，用于确定本次参数监测对应的第一时刻；

17、监测执行单元，用于在所述第一时刻对所述目标发酵原料发酵过程中的n个过程参数和一个结果参数进行监测，得到n个过程参数值和一个结果参数值。

18、可选地，所述时间确定单元具体用于，根据监测时间选择策略，确定本次参数监测对应的第一时刻，或者，根据上一次过程参数监测采集到的n个过程参数值、一个结果参数值以及监测时间动态调整策略，确定本次参数监测对应的第一时刻。

19、可选地，所述结果判断模块具体用于，在所述结果参数值与所述标准发酵曲线上对应数值之间的差值低于第一阈值时，确定不需要对所述目标发酵原料的标准发酵曲线进行调整，在所述结果参数值与所述标准发酵曲线上对应数值之间的差值等于或高于所述第一阈值时，确定需要对所述目标发酵原料的标准发酵曲线进行调整。

20、可选地，所述趋势预测模块包括：

21、模型构建单元，用于根据各所述发酵原料的发酵参数变化趋势，构建预测模型库，所述预测模型库包括多个趋势预测模型；

22、模型匹配单元，用于根据所述目标发酵原料的类型，从预测模型库中匹配对应的趋势预测模型，所述趋势预测模型用于根据第一时刻的监测结果，对第二时刻的可能监测结果进行预测；

23、参数输入单元，用于将监测得到的n个过程参数值输入选择的趋势预测模型中；

24、结果输出单元，用于采集所述趋势预测模型输出的预测结果，所述预测结果包括n个过程参数在第二时刻的过程参数值。

25、可选地，所述模型构建单元具体用于，针对每一种类型的发酵原料，根据发酵参数变化趋势中，不同发酵时间段各过程参数的变化趋势，将所述发酵参数变化趋势划分为多个部分，为每个部分单独构建趋势预测模型。

26、可选地，所述模型匹配单元具体用于，根据所述目标发酵原料的当前监测数据和在先监测数据，确定所述目标发酵原料所处的发酵时间段，根据所述目标发酵原料的类型和所述发酵时间段，从所述预测模型库中选择对应的趋势预测模型。

27、可选地，所述智能控制模块包括：

28、结果判断单元，用于判断所述n个比对结果和所述预测结果是否在正常范围内；

29、控制执行单元，用于根据判断结果对所述目标发酵原料的发酵过程进行智能控制。

30、第二方面，本公开实施例提供了一种发酵智能控制方法，采用如下技术方案：

31、所述发酵智能控制方法包括：

32、步骤s1、根据多种发酵原料的类型确定各所述发酵原料的标准发酵曲线，所述标准发酵曲线包括n个过程参数与发酵时间之间的对应关系，以及一个结果参数与发酵时间之间的对应关系，n为大于1的正整数；

33、步骤s2、在第一时刻对目标发酵原料发酵过程中的n个过程参数和一个结果参数进行监测，进行监测，得到n个过程参数值和一个结果参数值；

34、步骤s3、将监测得到的n个过程参数值和一个结果参数值分别与所述目标发酵原料的标准发酵曲线进行比对，得到n个过程参数比对结果和一个结果参数比对结果；

35、步骤s4、根据所述结果参数比对结果，确定是否需要对所述目标发酵原料的标准发酵曲线进行调整；

36、步骤s5、在不需要进行调整时，将监测得到的n个过程参数值输入趋势预测模型，对n个过程参数在第二时刻的过程参数值进行预测，得到预测结果；

37、步骤s6、根据n个比对结果和所述预测结果对所述目标发酵原料的发酵过程进行智能控制；

38、步骤s7、在需要进行调整时，对所述目标发酵原料的标准发酵曲线进行调整，更新所述目标发酵原料的所述标准发酵曲线。

39、本公开实施例提供了一种发酵智能控制系统和方法，其中，通过该发酵智能控制系统对发酵原料的发酵过程控制如下：先通过曲线确定模块确定各发酵原料的标准发酵曲线，然后通过参数监测模块在第一时刻对目标发酵原料发酵过程中的n个过程参数和一个结果参数进行监测，然后通过参数比对模块将监测得到的n个过程参数值和一个结果参数值分别与标准发酵曲线进行比对，得到n个过程参数比对结果和一个结果参数比对结果，然后通过结果判断模块根据结果参数比对结果，判断是否需要对所述目标发酵原料的标准发酵曲线进行调整，在不需要进行调整时，趋势预测模块将监测得到的n个过程参数值输入趋势预测模型，对n个过程参数在第二时刻的过程参数值进行预测，得到预测结果，之后，智能控制模块根据n个比对结果和预测结果对目标发酵原料的发酵过程进行智能控制，在需要进行调整时，曲线调整模块对目标发酵原料的标准发酵曲线进行调整，更新目标发酵原料的所述标准发酵曲线，之后可以将监测得到的n个过程参数值分别与更新后的标准发酵曲线重新进行比对。通过以上智能控制系统，从过程参数和结果参数两个角度进行判断，并采取对应的控制方式，如果某一时刻的过程参数不准确时，通过该时刻的结果参数仍然可以进行准确的控制，且根据结果参数进行的控制能够以最终的发酵结果为导向，使得发酵过程的控制更加准确。

40、上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本公开的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。