随着生物技术的快速发展,微生物发酵在国民经济中的地位越来越重要。但由于发酵过程具有高度的非线性、时变性和不确定性,关键变量难以实现在线测量,从而导致发酵过程的优化控制异常困难,而采用软测量技术对发酵过程进行建模预测则是解决此问题的出路之一。青霉素发酵过程是众多微生物发酵中较典型的一个生产过程,因此对青霉素发酵过程进行建模与优化控制的研究有着实际的应用价值。本文根据青霉素产生菌的生长机理和青霉素补料分批发酵过程的动力学特性,在Paul等建立的形态学结构动力学模型的基础上,建立了模拟青霉素分批补料发酵过程的细胞自动机(CA)模型,对所建模型进行仿真。建立了二维的青霉素补料分批发酵的过程模型,并进行了仿真实验,结果表明这种新型CA模型可以较准确地模拟发酵过程的动态行为、预估发酵过程中的一些重要变量,可用于发酵过程的优化控制。针对青霉素发酵过程具有高度非线性等特点,在优化算法中采用改进的实数编码蚁群算法(CACO)对发酵过程的操作变量进行优化计算。选择青霉素产量最大作为目标函数,流加率、温度、PH和溶氧度D0作为优化变量,并在MATLAB环境下对优化过程进行了仿真,结果表明,通过CACO计算可以有效的提高青霉素的最终产量,达到了满意的效果。