Nonlinear robust control of biotechnological processes. Application to fed-batch bioreactors

Abstract

La tesis está centrada en los biorreactores en "fed-batch", dada la importancia de estos reactores agitados de alta densidad para la producción industrial eficiente de proteinas, encimas,.... utilizando microorganismos modificados genéticamente. El problema real está caracterizado por la escasez de medidas en línea. Otros problemas importantes son la (fuerte) incertidumbre paramétrica y la presencia significativa de no linealidades. Además de los problemas comentados, en el caso de biorreactores en ``fed-batch'' es necesario tratar con equilibrios parciales, es decir, sólo respecto a una parte de las variables. Los objetivos principales de la tesis son: - La búsqueda de un conjunto limitado de estructuras de modelos representando la mayor parte de los casos de interés industrial. - La solución, como primer paso en una aproximación de ``abajo-arriba'', del problema de control para el caso de cultivos puros con un sólo substrato limitante y asumiendo el oxígeno está en exceso. - El diseño de controladores para regular la tasa específica de crecimiento de los microorganismos. Utilizando solamente medidas en línea de biomasa y volumen, sin ninguna estimación de la tasa de crecimiento ni de ninguna otra variable. Y, finalmente, teniendo en cuenta las no linealidades del sistema, la incertidumbre y otros fenómenos. - Tratar el problema citado anteriormente de estabilidad parcial. El último punto ha marcado la elección de las posibles técnicas a estudiar para resolver el problema de control. En concreto: - Técnicas de control geométrico(Fradkov et al.). El problema de control de biorreactores puede ser visto como uno de "control de coordinación". La solución está relacionada con algunas propiedades específicas de los sistemas como la invarianza y la atractividad local de conjuntos no triviales en el espacio de estados. - Flatness. Aunque comunmente asociada con la linealización exacta, un sistema puede ser plano dentro de un subconjunto del espacio de estados sin ......