CN102732422A - 固体培养物的品温控制装置及固体培养物的品温控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供不必进行复杂的输出运算就能够进行良好的品温控制的固体培养物的品温控制装置和固体培养物的品温控制方法。是利用通风式固体培养装置培养的固体培养物的品温控制装置，其中，根据伴随时间经过的固体培养物的培养特性来修正品温目标值与品温测定值的偏差运算值，以确定控制输出。由此，能够令控制输出为预料到了固体培养物的培养特性而得到的值，能够减轻反应的滞后，能够良好地控制固体培养物的品温。并且，通过基于固体培养物的培养特性的数据来运算并修正偏差运算值，因此，使输出运算变得简洁，不需要高度的装置和技术就能够进行良好的控制。

Description

固体培养物的品温控制装置及固体培养物的品温控制方法

技术领域

本发明涉及利用通风式固体培养装置培养的固体培养物的品温控制。

背景技术

作为固体培养物的品温控制的一例，公知有反馈控制。图8示出使用了反馈控制的固体培养物的品温控制的一例的框图。控制装置105所具备的偏差运算部100根据品温目标值和品温测定值来运算偏差运算值，输出运算部101相对于偏差运算值确定控制输出。该控制输出被输入给空调机102以进行空气调节，从而使固体培养物103的品温变化。变化后的品温由品温测定部104测定，品温测定值被输入到偏差运算部100。偏差运算部100重新运算偏差运算值，输出运算部101重新确定控制输出。所谓反馈控制是通过反复进行上述步骤而使品温接近品温目标值的控制。

另一方面，作为固体培养物的品温控制的另一例，公知有模糊控制（例如下述专利文献1）。图9示出使用了模糊控制的固体培养物的品温控制的一例的框图。品温目标值和品温测定值被输入到控制装置110。模糊运算部114使用前件部隶属函数111和后件部隶属函数113，通过遵循模糊规则112的控制运算来确定控制输出。该控制输出被输入到空调机102以进行空气调节，从而使固体培养物103的品温变化。变化后的固体培养物103的品温由品温测定部104测定，品温测定值与品温目标值一起被输入到控制装置110。模糊运算部114重新进行控制运算来确定控制输出。所谓模糊控制是通过反复进行上述步骤而使品温接近品温目标值的控制。在模糊控制中，通过使用各种规则来进行不明确的控制，从而能够进行平滑的控制。

【专利文献1】日本专利第3046321号公报

然而，如上所述的反馈控制根据基于品温测定部104的当前的测定结果进行品温控制。因此，在反馈控制中，固体培养物的培养特性表现平缓的变化的情况下能够进行良好的控制，但在固体培养物的培养特性表现急剧变化的情况下，反应滞后，产生难以使品温接近品温目标值的情况。

另一方面，在如上所述的模糊控制中，能够进行平滑的控制，但规则复杂，难以确定规则。并且，难以判断各规则会带来什么样的影响。因此，在模糊控制中，输出运算的内容复杂，需要高度的控制装置和控制技术。

发明内容

本发明为了解决如上所述的现有问题而提出，其目的在于提供一种不必进行复杂的输出运算就能够进行良好的品温控制的固体培养物的品温控制装置和固体培养物的品温控制方法。

为了达成上述目的，本发明的固体培养物的品温控制装置是利用通风式固体培养装置培养的固体培养物的品温控制装置，其特征在于，根据伴随时间经过的固体培养物的培养特性来修正品温目标值与品温测定值的偏差运算值，以确定控制输出。

本发明的固体培养物的品温控制方法是利用通风式固体培养装置培养的固体培养物的品温控制方法，其特征在于，根据伴随时间经过的固体培养物的培养特性来修正品温目标值与品温测定值的偏差运算值，以确定控制输出。

根据本发明，能够通过伴随时间经过的固体培养物的培养特性来修正品温目标值与品温测定值的偏差运算值（偏差值或基于偏差值算出的值）。由此，能够令由输出运算部确定的控制输出为预料到了固体培养物的培养特性而得到的值，因此，能够减轻反应的滞后，并能够良好地控制固体培养物的品温。并且，相对于需要复杂的规则确定的模糊控制，本发明通过基于固体培养物的培养特性的数据来运算并修正偏差运算值，因此，使输出运算变得简洁，不需要高度的装置和技术就能够进行良好的控制。

在上述本发明的固体培养物的品温控制装置中，优选上述固体培养物的培养特性是固体培养物的发热特性，在上述本发明的固体培养物的品温控制方法中，也优选上述固体培养物的培养特性是固体培养物的发热特性。固体培养物的发热特性成为固体培养物的品温变化的主要原因，因此，通过根据固体培养物的发热特性来修正偏差运算值，能够进行良好的控制。

并且，在上述本发明的固体培养物的品温控制装置中，优选上述固体培养物的培养特性是固体培养物的通风阻力特性，在上述本发明的固体培养物的品温控制方法中，也优选上述固体培养物的培养特性是固体培养物的通风阻力特性。固体培养物的通风阻力特性成为通风量的变化的主要原因，这也会影响固体培养物的品温变化，因此，通过根据固体培养物的通风阻力特性来修正偏差运算值，能够进行良好的控制。

根据本发明，能够令由输出运算部确定的控制输出为预料到了固体培养物的培养特性而得到的值，因此，能够减轻反应的滞后，并能够良好地控制固体培养物的品温。并且，相对于需要复杂的规则确定的模糊控制，本发明通过基于固体培养物的培养特性的数据来运算并修正偏差运算值，因此，使输出运算变得简洁，不需要高度的装置和技术就能够进行良好的控制。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的通风式固体培养装置1的概要构成图。

图2是表示本发明的一个实施方式的品温控制的框图。

图3是更具体地示出图2的品温控制装置20的一部分的框图。

图4是表示固体培养物的发热特性的一例的特性图。

图5是表示固体培养物的通风阻力特性的一例的特性图。

图6是表示利用反馈控制进行品温控制的情况下的培养经过时间与固体培养物品温的关系的图。

图7是使用本发明的一个实施方式的品温控制的情况下的培养经过时间与固体培养物品温的关系的图。

图8是使用反馈控制的固体培养物的品温控制的现有例的框图。

图9是使用模糊控制的固体培养物的品温控制的现有例的框图。

标号说明

1通风式固体培养装置；7固体培养物；8温度传感器（品温测定部）；10空调机；20品温控制装置；21偏差运算部；22输出运算部；23修正要素输出部；24培养经过时间输入部；25修正值运算部。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的一个实施方式。图1是本发明的一个实施方式的通风式固体培养装置1的概要构成图。在隔热的培养室2内配置有圆形培养床3。圆形培养床3的底面为多孔板，能够进行通风。圆形培养床3以中心圆筒4为中心进行旋转。培养室2内经由圆形培养床3分割为上室5和下室6。向培养室2内流入经过空调机10后的空气，从培养室2流出的空气经空调机10进行排气。流入下室6内的空气经过圆形培养床3上的固体培养物7流入上室5内。由此，对圆形培养床3上的固体培养物7通风来进行培养。

在固体培养物7中插入有品温传感器（品温测定部）8。品温传感器8的信号被输入到品温控制装置20。来自品温控制装置20的控制输出被传送至空调机10，从而对固体培养物7的品温进行控制。以下，具体说明本实施方式的品温控制。

图2是表示本发明的一个实施方式的品温控制的框图。品温控制装置20具备偏差运算部21、修正要素输出部23以及输出运算部22。品温目标值和来自品温测定部8的品温测定值被输入到品温控制装置20中。在偏差运算部21中，运算品温测定值与品温目标值的偏差运算值（偏差值或根据偏差值算出的值），偏差运算值被输入到输出运算部22。该流程基于反馈控制系统进行。

在修正要素输出部23中存储有固体培养物的培养特性。根据该培养特性算出的修正要素被输入到输出运算部22。对于修正要素的运算，在后面参照图3进行说明。

输出运算部22根据所输入的偏差运算值和修正要素来确定控制输出，并将该控制输出输入到空调机10。空调机10根据该控制输出进行空气调节，从而控制固体培养物7的品温。固体培养物7的品温由品温测定部8测定，品温测定值被反馈到品温控制装置20，算出偏差运算值。输出运算部22根据偏差运算值和来自修正要素输出部23的修正要素再次确定控制输出。一边反复进行该流程，一边进行固体培养物7的品温控制。

以下，参照图3更具体地说明本发明的品温控制。图3是更具体地示出图2的品温控制装置20的一部分的框图。在以下的说明中，作为示例，在修正要素的算出中使用的固体培养物的培养特性为固体培养物的发热特性和通风阻力特性。

首先，说明固体培养物的发热特性和通风阻力特性。图4示出固体培养物的发热特性的一例。图4示出酱油曲的示例。随着培养经过时间推进，发热量变大，并且变化梯度也变陡。发热量表现出最大值后，发热量变小，并且变化梯度也变缓。

图5示出固体培养物的通风阻力特性的一例。作为图5那样的表现通风阻力特性的变化的示例，列举酱油曲。在图1中，通风阻力是流入培养室2内的下室6内的空气通过固体培养物12时的阻力。

如图5所示，培养开始后，通风阻力持续恒定值的状态，但从培养经过时间为8小时左右的时刻直线地增加。当通风阻力增加时，通风量的降低和固体培养物内的通风阻力产生偏差，通风产生不均。这样，品温控制无法变均匀，因此，需要搅拌固体培养物，减少通风阻力而使培养的程度均匀化。该搅拌被称为维护（手入れ）。在图1中，通过维护机9的螺杆旋转来搅拌固体培养物7，进行维护。

在图5的示例中，在培养经过时间为18小时的时候进行第一维护。当进行维护时，通风阻力暂时急剧下降，但再次开始增加。之后，每当通风阻力增加时进行第二维护、第三维护。当通风阻力急剧增加时，通过固体培养物的风量显著减少，品温的上升也变得急剧。

反馈控制根据当前的测定结果进行品温控制，因此，在固体培养物的品温急剧变化的情况下，有时反应滞后。参照图6说明该具体例。图6示出利用反馈控制进行品温控制的情况下的培养经过时间与固体培养物品温的关系。线30是品温目标值，线31是品温测定值。固体培养物的培养条件如下。

曲种类：酱油曲

固体培养物原料的基础原料重量比 脱脂大豆：割碎小麦=1:1

固体培养物的初始水分值：46%

固体培养物的堆积量：55cm

在图6中，具有图5所示的通风阻力特性的固体培养物是控制对象。当培养经过时间为8小时左右时引起发热，品温上升。在培养经过时间为11小时附近时，品温测定值比品温目标值高，两者分离。这是由于反应滞后引起的现象。

在该情况下，在反馈控制中，以降低品温的方式对空调机赋予控制输出。由此，品温下降，但不久相比品温目标值下降得过多。当成为该状态时，通过反馈控制以提高品温的方式对空调机赋予控制输出。但是，当培养经过时间超过16小时后，固体培养物的发热量急剧增加。固体培养物的发热量急剧增加的作用与以提高品温的方式对空调机赋予控制输出的作用相叠加，固体培养物的品温急剧上升。因此，如图6所示，固体培养物的品温测定值与品温目标值大幅分离。

另一方面，当培养经过时间超过26小时后，固体培养物的发热变化比较平缓，因此，反应的滞后减轻，能够基本按照品温目标值进行控制。即，在反馈控制中，在固体培养物的培养特性表现平缓的变化的情况下能够进行良好的控制，但在固体培养物的培养特性表现急剧的变化的情况下，反应滞后，产生无法进行良好的控制的情况。

接着，对图3中的本发明的一个实施方式的品温控制进行说明。品温目标值和来自品温测定部8的品温测定值被输入到偏差运算部21。根据该输入，偏差运算部21输出偏差运算值。所谓偏差运算值是品温测定值与品温目标值的偏差值或是根据偏差值算出的值。为了进行平缓的控制，偏差运算可以不直接使用品温测定值，而使用例如移动平均值或时间平均值。

修正要素输出部23由培养经过时间输入部24和修正值运算部25构成。从培养经过时间输入部24向修正值运算部25输入培养经过时间。修正值运算部25根据存储的固体培养物7的培养特性，运算与培养经过时间对应的发热修正值和与培养经过时间对应的通风阻力修正值。发热修正值和通风阻力修正值被输入到输出运算部22。

在输出运算部22中，根据来自偏差运算部21的偏差运算值的输入和来自修正值运算部25的修正要素的输入来运算控制输出。在图3的示例中，控制输出用下述算式（1）表示。

算式（1）控制输出=（偏差运算值-发热修正值）×通风阻力修正值

上述算式（1）中的发热修正值和通风阻力修正值是预料到了伴随时间经过的固体培养物的培养特性而得到的修正值。因此，由算式（1）运算的控制输出成为预料到了培养物的培养特性而得到的值。因此，令来自输出运算部22的输出为由算式（1）算出的控制输出，由此，能够减轻反应滞后，能够进行良好的控制。

以下，具体说明基于算式（1）的控制输出。如上所述，发热修正值是伴随时间经过的发热变化的预测信息。若预先准备图4所示那样的伴随时间经过的发热特性的数据，则能够运算发热修正值。该数据由固体培养物的种类和培养条件确定，因此，可以预先准备。在本发明的一个实施方式中，在修正要素输出部23存储伴随时间经过的发热特性的数据。

在算式（1）中，从偏差运算值减去发热修正值。因此，即使偏差运算值为零，控制输出也不限于零，成为与发热修正值的值对应的值。如上所述，由于发热修正值是预料到了固体培养物的发热变化而得到的修正值，所以能够减轻反应的滞后，能够进行固体培养物的品温接近品温目标值的良好的控制。

在算式（1）的控制输出的运算中，除了发热修正值外，还使用通风阻力修正值。通风阻力修正值是伴随时间经过的通风阻力变化的预测信息。若预先准备图5所示那样的伴随时间经过的通风阻力特性的数据，则能够运算通风阻力修正值。该数据由固体培养物的种类和培养条件确定，因此，可以预先准备。在本发明的一个实施方式中，在修正要素输出部23存储伴随时间经过的通风阻力特性的数据。

通风阻力是对通风赋予影响的要素。当通风阻力变化时，通风量变化。这也影响固体培养物的品温变化。在算式（1）中，偏差运算值减去发热修正值得到的值乘以通风阻力修正值。因此，控制输出与通风阻力修正值成比例地增减。因此，由算式（1）算出的控制输出成为预料到了之后的通风阻力的变化而得到的值。因此，与仅以发热修正值作为修正值的情况相比，能够进行良好的控制。

图7示出使用图3所示的本发明的一个实施方式的控制进行品温控制的情况下的培养经过时间与固体培养物品温的关系，线32是品温目标值，线33是品温测定值。

图7的固体培养物的培养条件与仅通过反馈控制进行控制的图6的固体培养物的培养条件相同。比较图6的结果和图7的结果，对于培养经过时间在10小时左右之前和26小时以后这两者都能够进行品温目标值和品温测定值基本一致的良好的控制。

另一方面，在图6中，在设定品温直线增加的部分中，可以看到品温测定值与品温目标值大幅分离的部分，但在图7中，看不到这样的部分。在图7中，认为通过如上所述根据伴随时间经过的发热特性和通风阻力特性来修正对空调机10的控制输出，能够消除反馈控制的反应滞后。

在上述实施方式中，运算算式（1）的控制输出时的修正值基于发热特性和通风阻力特性，但不限于此。修正值可以仅基于发热特性，也可以仅基于通风阻力特性。并且，还可以基于固体培养物的其它培养特性。对于控制输出的运算式，只要使用伴随时间经过的固体培养物的培养特性来消除反馈控制的反应滞后即可，不限于算式（1）。

作为固体培养物的培养特性的其它示例，可以列举固体培养物的水分特性。当培养工序开始并经过培养时间时，伴随时间经过，固体培养物的水分变化。该水分变化这一培养特性与发热特性和通风阻力特性的相关度高。因此，能够根据水分特性来修正偏差运算值。另一方面，固体培养物的水分特性由固体培养物的种类和培养条件确定，因此，可以预先准备而在运算修正值时使用。

作为固体培养物的培养特性的其它示例，可以列举固体培养物的质量特性。当培养工序开始并经过培养时间时，伴随时间经过，固体培养物的质量变化。该变化存在由固体培养物的水分变化引起的质量变化和由固体培养物发热时消耗糖等引起的质量变化。该质量变化这一培养特性与发热特性和通风阻力特性的相关度高。因此，能够根据质量特性来修正偏差运算值。另一方面，固体培养物的质量特性也由固体培养物的种类和培养条件确定，因此，可以预先准备而在运算修正值时使用。

在上述实施方式中，使用图2、3示出了偏差运算值通过输出运算部22修正的示例，但也可以是偏差运算值通过修正要素修正的结构，不限于图2、3的示例。例如，偏差运算部21也可以构成为兼用作输出运算部22，修正要素被输入到偏差运算部21，利用偏差运算部21运算来自品温控制装置20的控制输出。

并且，在上述实施方式中，为了便于说明，将来自输出运算部22的控制输出作为空调机的操作量，但作为操作量也可以列举例如热交换器、送风机、风挡（damper）的操作量。空调机只要是能够控制固体培养物的品温的机构即可，也可以具备风温调节功能、风量调节功能和湿度调节功能等。并且，图1所示的通风式固体培养装置1的结构是一个示例，也可以适当变更内部构造。

并且，本发明的品温控制装置可以应用于始终连续地运算来确定控制输出的装置，但也可以应用于定期间歇地运算来确定控制输出的装置。可以根据培养特性适当选择应用于哪种装置。

Claims (6)

1. 一种固体培养物的品温控制装置，所述固体培养物由通风式固体培养装置培养，其特征在于，

根据伴随着时间经过的固体培养物的培养特性来修正品温目标值与品温测定值的偏差运算值，以确定控制输出。

2. 根据权利要求1所述的固体培养物的品温控制装置，其特征在于，

上述固体培养物的培养特性是固体培养物的发热特性。

3. 根据权利要求1所述的固体培养物的品温控制装置，其特征在于，

上述固体培养物的培养特性是固体培养物的通风阻力特性。

4. 一种固体培养物的品温控制方法，所述固体培养物由通风式固体培养装置培养，其特征在于，

根据伴随着时间经过的固体培养物的培养特性来修正品温目标值与品温测定值的偏差运算值，以确定控制输出。

5. 根据权利要求4所述的固体培养物的品温控制方法，其特征在于，

上述固体培养物的培养特性是固体培养物的发热特性。

6. 根据权利要求4所述的固体培养物的品温控制方法，其特征在于，

上述固体培养物的培养特性是固体培养物的通风阻力特性。

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