受控生态生保系统(Controlled Ecological Life Support System,CELSS)是在有限的密闭空间中通过实现物质与能量的循环,为宇航员的生命活动提供物质保障。微藻含有丰富的营养物质,且具有高效吸收二氧化碳产生氧气、生长迅速易控制的优点,因而可以在CELSS通过光藻反应器(Light Algae Bioreactor,LABR)培养微藻来吸收CO2,为航天员提供食物和氧气。由于空间环境的特殊性,在地面进行空间环境微藻培养的实验研究存在很大的难度,因此对受控生态生保系统中光藻反应器的建模与优化仿真研究具有十分重要的意义。首先,本文以容积为10L的平板式LABR为研究对象,通过分析光强、温度、营养盐浓度、液相溶氧以及p H值与微藻生长过程的关系,使用MATLAB/simulink软件建立了LABR系统的数学仿真模型,并将仿真结果与现有的实验数据进行对比,验证模型的可行性。然后,在所建模型的基础上,分别以阶跃和方波信号作为螺旋藻生物量的参考值,采用PID控制器和模糊控制器对LABR系统进行控制和优化;通过分析LABR内螺旋藻生物量以及主要影响因素的仿真结果,比较这两种控制方式的优缺点。最后,从航天员需求营养物质成分的角度来看,筛选了两种微藻在光藻反应器中进行混合培养,并建立了这两种微藻混合培养的LABR数学仿真模型。根据光藻反应器在受控生态生保系统中所起的作用,建立了“人——微藻”受控生态生保系统。研究结果表明:在MATLAB中建立的光藻反应器数学仿真模型是可行的;在LABR系统的控制过程中,与PID控制器相比,用于非线性控制的模糊控制器能更好地实现对LABR系统的控制优化;从两种微藻混合培养的LABR数学仿真模型中得出当温度为30℃、光强为150μmol/m2?s时,小球藻和螺旋藻可以在LABR中较好的生长;采用每天添加7.5g藻种,通过模糊控制器连续控制螺旋藻的生长,实现了每天从LABR中取出150g的螺旋藻干物质作为航天员的营养物质(蛋白质为主)。