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生物工程是20世纪70年代兴起的一门综合应用学科，对人类社会的进步起着至关重要的作用。生物发酵作为生物工程的一个分支，是一种利用微生物或活性离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品的工程技术。生物发酵过程涉及生命体的生长繁殖过程，其内在机理十分复杂，特别是一些关键生物参数（如基质浓度、菌体浓度、产物浓度等）难以在线实时测量，严重影响了其自动化控制水平，成为制约生物发酵过程自动化水平的重要难题。本文以氨基酸类典型菌种赖氨酸发酵过程为研究对象，在分析赖氨酸发酵过程特性与机理的基础上，提出了在线检测基质浓度、菌体浓度、产物浓度三个关键生物参数的模糊C均值聚类(FCM)-集成高斯过程回归的软测量模型。并以MATLAB与VC++开发平台为基础，开发了赖氨酸发酵过程软测量系统，并开展了初步试验研究。本文主要研究工作总结如下: (1)分析了赖氨酸发酵工艺原理，针对赖氨酸发酵过程分为延滞期、指数生长期、稳定期、死亡期4个典型反应周期的特点，采用FCM算法对赖氨酸发酵过程数据进行聚类分析，使发酵数据更客观、有针对性、解释性强，以此提高学习机的训练精度。 (2)针对赖氨酸发酵过程中的三个关键生物参数（菌体浓度、基质浓度、产物浓度）难以在线测量的难题，本文提出基于FCM与集成高斯过程回归软测量模型。与此同时，分别建立高斯过程回归软测量模型、集成高斯过程回归软测量模型和基于FCM的高斯过程软测量回归模型与本文所提出的软测量模型进行对比研究，仿真结果显示，基于FCM与集成高斯过程回归软测量模型预测精度高，泛化能力强，减少了计算量，缩短预测时间。 (3)利用VC++与MATLAB开发平台相结合的方法，设计出了赖氨酸发酵软测量系统。初步试验研究表明该系统稳定性高，操作简单方便。