随着现代生物技术的发展,细胞工程在国民经济和社会生活中的地位越来越重要。动物细胞培养作为细胞工程的重要类别之一,在疫苗、抗体类药物生产方面具有重要价值。悬浮培养方式具有细胞增殖快、生产效率高等优势,特别适用于规模化生产,已成为当前工业生产疫苗的主流技术,以动物细胞悬浮培养技术为基础的生物制药产业得到了迅速发展,取得了巨大的经济和社会效益。动物细胞培养过程不同于一般的工业过程,它是一个非线性、多变量输入输出、强耦合的生物反应过程,并且涉及细胞的生长繁殖,机理十分复杂。动物细胞培养过程控制中一个很重要的方向就是线性化解耦控制的研究,即将动物细胞培养过程这样的非线性系统“改造”成线性系统,同时达到解耦的目的,多变量强耦合的非线性系统的控制问题就简化为线性系统的控制问题。本文采用逆系统方法实现动物细胞培养过程的线性化解耦,在深入分析实际过程内部反应机理的基础上,建立了反映动物细胞培养过程的动力学模型,并分析了系统的可逆性。针对被控系统解析逆求解困难的问题,利用神经网络的非线性辨识能力去构造被控系统的逆系统方程,需要充分激励被控系统,采集样本数据,为保证数值微分求解精度,采用七点求导高精度算法对数据进行预处理,再经归一化处理后训练神经网络构造逆系统,然后用它对被控系统进行补偿,使复合系统在大范围内成为线性或接近线性的系统,最终实现被控系统的线性化和解耦。为了对解耦后的子系统实现高性能控制,设计模糊PID控制器作为附加控制器对系统实现闭环控制,并使用MATLAB进行仿真,验证了本文所采用控制策略的可行性,通过与传统PID控制效果比较,可以得出所设计模糊PID控制器的优越性:超调小、调节时间短、响应速度快。为了实现对动物细胞悬浮培养过程的有效监控,设计了动物细胞悬浮培养过程数字控制系统,下位机控制系统采用基于ARM9内核的嵌入式微处理器S3C2410A作为运算控制单元,设计了相关的硬件电路和软件程序。上位机监控系统界面采用QT/Embedded平台开发,具有实时数据显示、报警的发出与记录、报表的生成和打印、运行控制算法等功能,界面直观友好,方便操作人员对培养过程进行分析、控制。