Control in Bioprocessing: Modeling, Estimation and the Use of Soft Sensors

شکاف بین علوم زیستی و مهندسی فرآیند مبتنی بر ریاضیات را می‌بندد 

این کتاب متداول‌ترین روش‌های به کار رفته در کنترل فرآیندهای زیستی را ارائه می‌کند. این مقاله نقشی را که تئوری کنترل در درک مکانیسم‌های فرآیندهای سلولی و متابولیک ایفا می‌کند، مورد بحث قرار می‌دهد و نتایج کلیدی را در زمینه‌های مختلف از جمله مدل‌سازی پویا، ویژگی‌های دینامیکی مدل‌های فرآیند زیستی، حسگرهای نرم‌افزار طراحی‌شده برای تخمین آنلاین پارامترها و متغیرهای حالت، و کنترل و نظارت بر فرآیندهای زیستی

کنترل در مهندسی زیستی و پردازش زیستی: مدل سازی، تخمین و استفاده از حسگرها به سه بخش تقسیم می شود. بخش اول، مقدمات ریاضی و بررسی اجمالی کنترل و نظارت بر فرآیندهای زیستی، یک نمای کلی از کنترل و نظارت بر فرآیندهای زیستی ارائه می‌کند و چارچوب ریاضی لازم برای تجزیه و تحلیل و توصیف دینامیک فرآیندهای زیستی را معرفی می‌کند. بخش دوم، مفاهیم مشاهده‌پذیری و کنترل، مفاهیم مشاهده‌پذیری را که اساس طراحی الگوریتم‌های تخمین آنلاین (حسگر نرم‌افزار) برای فرآیندهای زیستی را تشکیل می‌دهند، ارائه می‌کند و قابلیت کنترل این مفاهیم، ​​از جمله سیستم‌های کنترل بازخورد خودکار را بررسی می‌کند. بخش سوم، سنسورهای نرم‌افزار و طرح‌های کنترل مبتنی بر ناظر برای فرآیندهای زیستی، دارای شش مورد کاربردی از جمله رفتار دینامیکی بیوراکتورهای پیوسته سه‌بعدی است. تجزیه و تحلیل مشاهده پذیری به بیوراکتورهای دو بعدی و سه بعدی با مدل های بازدارنده و غیر بازدارنده اعمال می شود. و تنظیم یک بیوراکتور به طور مداوم هم زده از طریق جبران خطای مدل سازی.

• قابل استفاده در تمام زمینه‌های مهندسی فرآیندهای زیستی، از جمله مواد غذایی و نوشیدنی‌ها، سوخت‌های زیستی و انرژی‌های تجدیدپذیر، داروها و مواد مغذی، سیستم‌های تخمیر، فناوری‌های جداسازی محصول، فناوری تصفیه فاضلاب و مواد زائد جامد، و تصفیه زیستی< /li>
• توضیح روشنی از مدل‌سازی ریاضی مبتنی بر تعادل جرم در فرآیندهای زیستی و ابزارهای اصلی برای تجزیه و تحلیل دینامیکی آن ارائه می‌دهد
• کاربردهای مبتنی بر صنعت را در موارد زیر ارائه می‌دهد: مایکو دیزل برای پیاده‌سازی \" کیفیت\" مشاهده پذیری. توسعه یک حسگر مجازی بر اساس مدل Just-In-Time برای نظارت بر سیستم های کنترل بیولوژیکی. و طراحی حسگر مجازی برای تخمین حالت در بیوراکتور فوتوکاتالیستی برای تولید هیدروژن

کنترل در مهندسی زیستی و پردازش زیستی به عنوان متنی اساسی برای دانشجویان مقطع کارشناسی ارشد در مهندسی زیستی در نظر گرفته شده است. و همچنین یک متن مرجع برای محققان، مهندسان و سایر متخصصان علاقه مند به زمینه تخمین و کنترل فرآیندهای زیستی.

Closes the gap between bioscience and mathematics-based process engineering 

This book presents the most commonly employed approaches in the control of bioprocesses. It discusses the role that control theory plays in understanding the mechanisms of cellular and metabolic processes, and presents key results in various fields such as dynamic modeling, dynamic properties of bioprocess models, software sensors designed for the online estimation of parameters and state variables, and control and supervision of bioprocesses

Control in Bioengineering and Bioprocessing: Modeling, Estimation and the Use of Sensors is divided into three sections. Part I, Mathematical preliminaries and overview of the control and monitoring of bioprocess, provides a general overview of the control and monitoring of bioprocesses, and introduces the mathematical framework necessary for the analysis and characterization of bioprocess dynamics. Part II, Observability and control concepts, presents the observability concepts which form the basis of design online estimation algorithms (software sensor) for bioprocesses, and reviews controllability of these concepts, including automatic feedback control systems. Part III, Software sensors and observer-based control schemes for bioprocesses, features six application cases including dynamic behavior of 3-dimensional continuous bioreactors; observability analysis applied to 2D and 3D bioreactors with inhibitory and non-inhibitory models; and regulation of a continuously stirred bioreactor via modeling error compensation. 

• Applicable across all areas of bioprocess engineering, including food and beverages, biofuels and renewable energy, pharmaceuticals and nutraceuticals, fermentation systems, product separation technologies, wastewater and solid-waste treatment technology, and bioremediation
• Provides a clear explanation of the mass-balance–based mathematical modelling of bioprocesses and the main tools for its dynamic analysis
• Offers industry-based applications on: myco-diesel for implementing "quality" of observability; developing a virtual sensor based on the Just-In-Time Model to monitor biological control systems; and virtual sensor design for state estimation in a photocatalytic bioreactor for hydrogen production

Control in Bioengineering and Bioprocessing is intended as a foundational text for graduate level students in bioengineering, as well as a reference text for researchers, engineers, and other practitioners interested in the field of estimation and control of bioprocesses.