CN116219079A - 差温接种控制方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

差温接种控制方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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CN116219079A CN202310154494.8A CN202310154494A CN116219079A CN 116219079 A CN116219079 A CN 116219079A CN 202310154494 A CN202310154494 A CN 202310154494A CN 116219079 A CN116219079 A CN 116219079A
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Abstract

本申请涉及生物培养控制技术领域，公开了一种差温接种控制方法、装置、设备及存储介质，该方法包括：获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度；根据当前反应温度以及待培养物温度确定温度偏差；获取基础温差阈值，确定温度偏差是否大于基础温差阈值；当温度偏差大于基础温差阈值时，根据温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制；通过控制待培养物加热过程对待培养物进行温度调整操作。本发明通过判断温度偏差是否大于基础温差阈值，若大于，则在差温接种过程中采用差温随动控制算法对待培养物进行温度控制，解决温度梯度过大对待培养物的损伤，成活率低的问题，提高了细胞接种的成活率。

Description

差温接种控制方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及生物培养控制技术领域，尤其涉及一种差温接种控制方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
生物反应器在前期接种过程中，冻存复苏的种子细胞温度远远低于生物反应器已加入的培养基及微载体温度。在这种状况下直接接种低温状态下的种子细胞，温度梯度过大会大大损伤种子细胞，据实验统计，接种细胞成活率常常不到60％细胞初始过程中需要加入微载体并且在实际过程中存在补液培养基、换液操作。补充的培养基及微载体，温度往往远远低于实际的反应温度，所以入料过程对反应温度的冲击很大，会将反应温度下拉2～3℃，同样不利于细胞的生长。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种差温接种控制方法、装置、设备及存储介质，旨在解决现有技术细胞接种过程中的温度与生物反应器中培养基与微载体的温度梯度过大导致的细胞接种后成活率不高的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种差温接种控制方法，所述方法包括以下步骤：
获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度；
根据所述当前反应温度以及待培养物温度确定温度偏差；
获取基础温差阈值，确定所述温度偏差是否大于所述基础温差阈值；
当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制；
通过控制所述待培养物加热过程对所述待培养物进行温度调整操作。
可选地，所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制之前，还包括：
获取初始梯度数，在预设周期内对所述初始梯度数进行计算，获得参考梯度数；
根据所述温度偏差与所述参考梯度数进行计算，获得当前周期温度差；
根据所述当前周期温度差与所述参考梯度数进行计算，获得上周期温度差；
根据所述上周期温度差与所述参考梯度数进行计算，获得上上周期温度差；
判断所述参考梯度数是否等于预设值；
若等于，则执行所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差值随动控制，确定待培养物加热控制策略的步骤；
若不等于，则将所述参考梯度数作为新的初始梯度数，并执行所述获取初始梯度数，在预设周期内对所述初始梯度数进行计算，获得参考梯度数的步骤。
可选地，所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制，包括：
获取第一温差阈值和第二温差阈值，其中，所述第二温差阈值小于第一温差阈值；
当所述温度偏差大于所述第一温差阈值，输出第一功率，其中，所述第一功率根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值确定，所述第一功率为正值；
当所述温度偏差小于所述第二温差阈值，输出第二功率，其中，所述第二功率根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值确定，所述第二功率为负值；
当所述温度偏差大于等于所述第二温差阈值且小于等于所述第一温差阈值时，输出第三功率，其中，所述第三功率大于第二功率且小于第一功率，所述第三功率为可变功率。
可选地，所述当所述温度偏差大于所述第二温差阈值且小于所述第一温差阈值时，输出第三功率，包括：
获取微分作用增益、比例度以及积分增益；
根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值之间的第一关系确定第一系数；
根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值之间的第二关系确定第二系数；
根据所述第一系数、所述第二系数、所述微分作用增益、所述比例度、所述积分增益、所述当前周期温度差、所述上周期温度差以及所述上上周期温度差确定并输出第三功率。
可选地，所述通过控制所述待培养物加热过程对所述待培养物进行温度调整操作，包括：
获取平滑处理比列增益、平滑处理时间、平滑纯滞后时间；
根据所述第一功率、第二功率以及第三功率中的至少一个与所述平滑处理比列增益、所述平滑处理时间以及所述平滑纯滞后时间确定当前功率控制输出；
获取最大功率、最大限制功率以及最小限制功率；
根据所述当前功率控制输出与所述最大功率确定当前加热功率，其中，所述当前加热功率大于等于所述最小限制功率且小于等于所述最大限制功率；
根据所述当前加热功率对待培养物进行温度调整。
可选地，所述获取最大功率、最大限制功率与最小限制功率，包括：
获取第一限制温度、第二限制温度、第一限制功率以及第二限制功率，其中，所述第一限制温度大于所述第二限制温度，所述第一限制功率为加热到第一限制温度时的功率，所述第二限制功率为加热到第二限制温度时的功率；
根据预设功率控制输出、预设周期统计温度变化情况，并根据所述温度变化情况确定比列增益、周期以及纯滞后时间之间的关系；
根据所述比列增益、周期以及纯滞后时间之间的关系进行计算，获得稳定温度；
根据所述第一限制温度、第一限制功率以及稳定温度确定最大限制功率；
根据所述第二限制温度、第二限制功率以及稳定温度确定最小限制功率。
可选地，所述获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度之前，还包括：
获取反应纯滞后时间、反应处理比列增益以及反应处理时间；
根据所述反应纯滞后时间、所述反应处理比列增益以及所述反应处理时间基于生物反应器细胞及培养基的脉冲干扰确定所述当前反应温度。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种差温接种控制装置，所述差温接种控制装置包括：
温度获取模块，用于获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度；
温度确定模块，用于根据所述当前反应温度以及待培养物温度确定温度偏差；
判断模块，用于获取基础温差阈值，确定所述温度偏差是否大于所述基础温差阈值；
控制模块，用于当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差值随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制；
调整模块，用于通过控制所述待培养物加热过程对所述待培养物进行温度调整操作。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种差温接种控制设备，所述差温接种控制设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的差温接种控制程序，所述差温接种控制程序配置为实现如上文所述的差温接种控制方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有差温接种控制程序，所述差温接种控制程序被处理器执行时实现如上文所述的差温接种控制方法的步骤。
本发明通过获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度；根据当前反应温度以及待培养物温度确定温度偏差；获取基础温差阈值，确定温度偏差是否大于基础温差阈值；当温度偏差大于基础温差阈值时，根据温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制；通过控制待培养物加热过程对待培养物进行温度调整操作。通过上述方式，判断温度偏差是否大于基础温差阈值，若大于，则在差温接种过程中采用差温随动控制算法对待培养物进行温度控制，解决温度梯度过大对待培养物的损伤，成活率低的问题，提高了细胞接种的成活率。
附图说明
图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的差温接种控制设备的结构示意图；
图2为本发明差温接种控制方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明差温接种控制方法一实施例中的细胞接种的等温入料控制策略流程示意图；
图4为本发明差温接种控制方法一实施例中的细胞接种的等温接种控制策略流程示意图；
图5为本发明差温接种控制方法第二实施例的流程示意图；
图6为本发明差温接种控制方法第三实施例的流程示意图；
图7为本发明差温接种控制装置第一实施例的结构框图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的差温接种控制设备结构示意图。
如图1所示，该差温接种控制设备可以包括：处理器1001，例如中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，通信总线1002、用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏(Display)、输入单元比如键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如无线保真(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)接口)。存储器1005可以是高速的随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)存储器，也可以是稳定的非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的结构并不构成对差温接种控制设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
如图1所示，作为一种存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及差温接种控制程序。
在图1所示的差温接种控制设备中，网络接口1004主要用于与网络服务器进行数据通信；用户接口1003主要用于与用户进行数据交互；本发明差温接种控制设备中的处理器1001、存储器1005可以设置在差温接种控制设备中，所述差温接种控制设备通过处理器1001调用存储器1005中存储的差温接种控制程序，并执行本发明实施例提供的差温接种控制方法。
本发明实施例提供了一种差温接种控制方法，参照图2，图2为本发明差温接种控制方法第一实施例的流程示意图。
本实施例中，所述差温接种控制方法包括以下步骤：
步骤S10：获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度。
需要说明的是，所述生物反应器是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统，是一种生物功能模拟机。
可以理解的是，所述接种前待培养物温度通过种子细胞预热温度测量获得。
进一步地，为了获取反应温度，所述步骤S10之前，还包括：获取反应纯滞后时间、反应处理比列增益以及反应处理时间；根据所述反应纯滞后时间、所述反应处理比列增益以及所述反应处理时间基于生物反应器细胞及培养基的脉冲干扰确定所述当前反应温度。
需要说明的是，反应纯滞后时间可以为5～10分钟，如6分钟、7分钟等，反应处理比列增益可以为20％～30％，如20％、25％等，反应处理时间可以为20～30分钟，如20分钟、25分钟等，本实施例对此不作具体限制。
可以理解的是，获取反应纯滞后时间、反应处理比列增益以及反应处理时间之后，包括获取反应温度预估模型，将反应纯滞后时间、反应处理比列增益以及反应处理时间代入反应温度预估模型，并基于生物反应器细胞及培养基的脉冲干扰，确定前反应温度。
在具体实现中，反应温度预估模型为：
Y(S)/U(S)＝K*e-τS/(TS+1)
其中，Y为温度，U为当前功率控制输出，K为反应处理比列增益，τ为反应纯滞后时间，T为反应处理时间，S为拉普拉斯变换中的复变参量。
步骤S20：根据所述当前反应温度以及待培养物温度确定温度偏差。
需要说明的是，所述温度偏差为所述当前反应温度与所述待培养物温度的差值，所述温度偏差为：
E＝Y-Y1
其中，E为温度偏差，Y为当前反应温度，Y1为待培养物温度。
步骤S30：获取基础温差阈值，确定所述温度偏差是否大于所述基础温差阈值。
需要说明的是，所述基础温差阈值为工艺允许的温差，一般为24～28℃，本实施例对此不作具体限制。
可以理解的是，将所述温度偏差与基础温差阈值进行比较，判断温度偏差是否大于基础温差阈值，若大于，则执行差温随动控制算法。
步骤S40：当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制。
需要说明的是，所述差温随动控制算法即根据温度偏差与第一温差阈值和第二温差阈值的大小关系，输出对应的功率，从而实现待培养物加热过程的控制。
步骤S50：通过控制所述待培养物加热过程对所述待培养物进行温度调整操作。
可以理解的是，控制待培养物加热过程输出对应的功率，从而对培养物进行温度调整，确保证反应温度与待培养物加热温度在合理的差值范围，保证细胞接种的成活率。
值得说明的是，所述待培养物可以为培养基及微载体或种子细胞等，细胞接种初始过程中需要加入微载体并且在实际过程中存在补液(培养基)换液操作，补充的培养基及微载体，温度往往远远低于实际的反应温度，因此需要实现执行等温入料控制策略，当生物反应器已加入的培养基及微载体时，冻存复苏的种子细胞温度远远低于培养基及微载体温度，需要执行等温接种控制策略，本实施例对此不作具体限制。
如图3所示，图3为细胞接种的等温入料控制策略流程示意图，图中，进行反应温度测量与培养基或微载体温度测量后，通过等温随动控制算法，实现培养基或微载体加热功率控制策略。
如图4所示，图4细胞接种的等温接种控制策略流程示意图，图中，进行反应温度测量与种子细胞温度测量后，通过等温随动控制算法，实现种子细胞加热功率控制策略。
本实施例通过获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度；根据当前反应温度以及待培养物温度确定温度偏差；获取基础温差阈值，确定温度偏差是否大于基础温差阈值；当温度偏差大于基础温差阈值时，根据温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制；通过控制待培养物加热过程对待培养物进行温度调整操作。通过上述方式，判断温度偏差是否大于基础温差阈值，若大于，则在差温接种过程中采用差温随动控制算法对待培养物进行温度控制，解决温度梯度过大对待培养物的损伤，成活率低的问题，提高了细胞接种的成活率。
参考图5，图5为本发明差温接种控制方法第二实施例的流程示意图。
基于上述第一实施例，本实施例差温接种控制方法在所述步骤S40之前，还包括：
步骤S401：获取初始梯度数，在预设周期内对所述初始梯度数进行计算，获得参考梯度数；
需要说明的是，在温度跟踪过程中为了避免偏差较大对系统的冲击，需要引入偏差梯度，梯度数表示偏差梯度的大小，梯度数大于1且逐步趋近于1。
可以理解的是，所述初始梯度数的取值影响循环迭代的次数，初始梯度数可以在10～30之间取值，如10、15、20等，可以自行设置，本实施例对此不作具体限制。
应当理解的是，所述预设周期可以为2～5分钟，如3分钟、4分钟等，所述对初始梯度数进行计算即每隔预设周期对初始梯度数减1，本实施例对此不作具体限制。
在具体实现中，例如初始梯度数为10，每隔3分钟初始梯度数减1，得到参数初始梯度数。
步骤S402：根据所述温度偏差与所述参考梯度数进行计算，获得当前周期温度差。
需要说明的是，根据所述温度偏差与所述参考梯度数进行计算，获得当前周期温度差之前，包括获取当前周期温度差与温度偏差以及参考梯度数之间的关系，根据当前周期温度差与温度偏差以及参考梯度数之间的关系计算出当前周期温度差。
可以理解的是，当前周期温度差与温度偏差以及参考梯度数之间的关系为：
Figure BDA0004091801130000091
其中，En为当前周期温度差，E为温度偏差，num为参考梯度数。
步骤S403：根据所述当前周期温度差与所述参考梯度数进行计算，获得上周期温度差。
需要说明的是，根据所述当前周期温度差与所述参考梯度数进行计算，得到计算结果，用当前周期温度差与参考梯度数的计算结果进行替换，将当前周期温度差与参考梯度数的计算结果作为上周期温度差。
可以理解的是，根据所述当前周期温度差与所述参考梯度数进行计算，即：
Figure BDA0004091801130000092
其中，Em为上周期温度差，En为当前周期温度差，num为参考梯度数。
步骤S404：根据所述上周期温度差与所述参考梯度数进行计算，获得上上周期温度差。
需要说明的是，根据所述上周期温度差与所述参考梯度数进行计算，得到计算结果，用上周期温度差与参考梯度数的计算结果进行替换，将上周期温度差与参考梯度数的计算结果作为上上周期温度差。
可以理解的是，根据上当前周期温度差与所述参考梯度数进行计算，即：
Figure BDA0004091801130000093
其中，Eo为上上周期温度差，Em为上周期温度差，num为参考梯度数。
步骤S405：判断所述参考梯度数是否等于预设值。
需要说明的是，所述预设值为1，本实施例对此不作具体限制。
可以理解的是，判断所述参考梯度数是否等于预设值，即判断所述参考梯度数是否循环迭代为1。
步骤S406：若等于，则执行所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差值随动控制，确定待培养物加热控制策略的步骤。
需要说明的是，若参考梯度数循环迭代至1时，停止计算，将最后一次计算结果作为最终结果，并执行所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差值随动控制，确定待培养物加热控制策略的步骤。
步骤S407：若不等于，则将所述参考梯度数作为新的初始梯度数，并执行所述获取初始梯度数，在预设周期内对所述初始梯度数进行计算，获得参考梯度数的步骤。
需要说明的是，若参考梯度数不等于1时，将参考梯度数作为新的初始梯度数，并继续循环迭代。
可以理解的是，引入梯度数进行计算可以慢速提升加热能量供给，减少过冲能量对细胞的伤害。
进一步地，为了实时跟踪温度的变化，所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制，包括：获取第一温差阈值和第二温差阈值，其中，所述第二温差阈值小于第一温差阈值；当所述温度偏差大于所述第一温差阈值，输出第一功率，其中，所述第一功率根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值确定，所述第一功率为正值；当所述温度偏差小于所述第二温差阈值，输出第二功率，其中，所述第二功率根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值确定，所述第二功率为负值；当所述温度偏差大于等于所述第二温差阈值且小于等于所述第一温差阈值时，输出第三功率，其中，所述第三功率大于第二功率且小于第一功率，所述第三功率为可变功率。
需要说明的是，考虑温度上升及下降过程非对称性，所述第二温差阈值小于第一温差阈值，第一温差阈值为正值，第二温差阈值为负值，当所述待培养物为培养基及微载体时，所述第一温差阈值取值范围为3～5℃，如3℃、4℃、5℃等，所述第二温差阈值取值范围为-1～-2℃，如-1℃、-2℃等，当所述待培养物为种子细胞时，所述第一温差阈值取值范围为5～8℃，如6℃、7℃、8℃等，所述第二温差阈值取值范围为-3～-5℃，如-3℃、-4℃等，本实施例对此不作具体限制。
可以理解的是，当温度偏差大于第一温差阈值时，定功率运行，输出第一功率，所述第一功率根据当前周期温度差与基础温差阈值确定，第一功率为正值，即：
Figure BDA0004091801130000111
其中，Ut为当温度偏差大于第一温差阈值时的第一功率，En为当前周期温度差，ΔY为基础温差阈值，E为温度偏差，ΔE1为第一温差阈值。
当温度偏差小于第二温差阈值时，定功率运行，输出第二功率，所述第二功率根据当前周期温度差与基础温差阈值确定，第二功率为负值，即：
Figure BDA0004091801130000112
其中，Ut为当温度偏差小于第二温差阈值时的第二功率，En为当前周期温度差，ΔY为基础温差阈值，E为温度偏差，ΔE2为第二温差阈值。
值得理解的是，当温度偏差进入阈值范围时，温度偏差即大于等于第二温差阈值且小于等于第一温差阈值时，采样可变功率运行，输出第三功率，所述第三功率大于第二功率且小于第一功率，所述第三功率为可变功率。
进一步地，为了保证种子细胞差温入料，所述温度偏差大于所述第二温差阈值且小于所述第一温差阈值时，输出第三功率，包括：获取微分作用增益、比例度以及积分增益；根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值之间的第一关系确定第一系数；根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值之间的第二关系确定第二系数；根据所述第一系数、所述第二系数、所述微分作用增益、所述比例度、所述积分增益、所述当前周期温度差、所述上周期温度差以及所述上上周期温度差确定并输出第三功率。
需要说明的是，微分作用增益为从比例微分作用得出的最大增益对单纯比例作用的增益之比，所述微分作用增益取值范围为5～10，如6、7、8等，本实施例对此不作具体限制。
值得说明的是，比例度又称比例带，是调节器放大倍数KP的倒数，是调节器的一个重要参数，比例度取值范围为80～120，如90、100、110等，本实施例对此不作具体限制。
应当说明的是，积分增益是放大器输出功率与输入功率比值的对数，用以表示功率放大的程度，积分增益取值范围为400～600，如450、500、550等，本实施例对此不作具体限制。
可以理解的是，根据当前周期温度差与基础温差阈值之间的第一关系确定第一系数，即：
Figure BDA0004091801130000121
其中，a为第一系数，En为当前周期温度差，ΔY为基础温差阈值。
根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值之间的第二关系确定第二系数，即：
Figure BDA0004091801130000122
其中，B为第二系数，En为当前周期温度差，ΔY为基础温差阈值。
根据所述第一系数、所述第二系数、所述微分作用增益、所述比例度、所述积分增益、所述当前周期温度差、所述上周期温度差以及所述上上周期温度差确定并输出第三功率，第三功率为综合三个周期的可变功率，即：
Ut＝a*P*(En-Em)+B*Pi*En+Kd*(En-Em*Eo+Eo2)，ΔE2≤E≤ΔE1
其中，Ut为当温度偏差大于等于第二温差阈值且小于等于第一温差阈值时的第三功率，a为第一系数，B为第二系数，P为比例度，Pi为积分增益，Kd为微分作用增益，En为当前周期温度差，Em为上周期温度差，Eo为上上周期温度差，E为温度偏差，ΔE1为第一温差阈值，ΔE2为第二温差阈值。
应当理解的是，可变功率计算为差温随动控制算法的核心，对于反应温度的变化与种子细胞预热温度变化，都能很好的实现等温实时跟踪，随着温度偏差的减小，很容易趋向稳定，保证种子细胞差温入料，可变功率是依据温度差值、变化率实时计算的当前时刻的加热功率，随温度的变化而变化，能够实时跟踪温度的变化，最终确保证反应温度与种子细胞加热温度在合理的差值范围，提高细胞接种的成活率。
本实施例通过获取初始梯度数，在预设周期内对所述初始梯度数进行计算，获得参考梯度数；根据所述温度偏差与所述参考梯度数进行计算，获得当前周期温度差；根据所述当前周期温度差与所述参考梯度数进行计算，获得上周期温度差；根据所述上周期温度差与所述参考梯度数进行计算，获得上上周期温度差；判断所述参考梯度数是否等于预设值；若等于，则执行所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差值随动控制，确定待培养物加热控制策略的步骤；若不等于，则将所述参考梯度数作为新的初始梯度数，并执行所述获取初始梯度数，在预设周期内对所述初始梯度数进行计算，获得参考梯度数的步骤。通过上述方式，引入梯度数进行计算并且循环迭代直至梯度数等于预设值，避免在温度跟踪过程中为偏差较大对系统的冲击，可以慢速提升加热能量供给，减少过冲能量对细胞的伤害。
参考图6，图6为本发明差温接种控制方法第三实施例的流程示意图。
基于上述实施例，本实施例差温接种控制方法中所述步骤S50，包括：
步骤S501：获取平滑处理比列增益、平滑处理时间、平滑纯滞后时间。
需要说明的是，所述平滑处理比列增益为输出平滑处理的比列增益，比例增益是指在输入功率相等的条件下，实际天线与理想的辐射单元在空间同一点处所产生的信号的功率密度之比，所述平滑处理比列增益为0.01～0.8，如0.1、0.2、0.3等，本实施例对此不作具体限制。
值得说明的是，平滑处理时间为输出平滑处理的时间，所述平滑处理时间为5～15分钟，如5分钟、10分钟等，本实施例对此不作具体限制。
应当说明的是，平滑纯滞后时间为输出平滑处理的纯滞后时间，所述平滑纯滞后时间为2～6分钟，如3分钟、4分钟、5分钟等，本实施例对此不作具体限制。
步骤S502：根据所述第一功率、第二功率以及第三功率中的至少一个与所述平滑处理比列增益、所述平滑处理时间以及所述平滑纯滞后时间确定当前功率控制输出。
需要说明的是，输出功率包括第一功率、第二功率以及第三功率中的至少一个，通过一阶滞后的拉普拉斯变换数学模型进行平滑处理，获得当前功率控制输出。
值得说明的是，根据所述第一功率、第二功率以及第三功率中的至少一个与所述平滑处理比列增益、所述平滑处理时间以及所述平滑纯滞后时间确定当前功率控制输出，即：
U＝K*e-τS/(TS+1)*Ut
其中，U为当前功率控制输出，K为平滑处理比列增益，τ为平滑纯滞后时间，T为平滑处理时间，S为拉普拉斯变换中的复变参量，Ut为温度偏差在不同阈值范围内的输出功率。
可以理解的是，以上公式是种子细胞加热过程能量控制输出的非线性一阶滞后方程，也就是Ut的变化需要经过非线性一阶滞后的处理计算后，得到实际的控制输出功率，通过此方程的计算，获得当前需要的实际功率的控制输出(0-100％)。
步骤S503：获取最大功率、最大限制功率以及最小限制功率。
需要说明的是，所述最大限制功率限制为最大功率的15％-18％，正满功率输出局部温度可能会达到40℃会破坏种子细胞。
可以理解的是，所述最小限制功率限制为最小功率的5％-8％，负满功率输出局部温度可能会达到4℃同样会破坏种子细胞，最小限制功率在有冷源情况下采用，即种子细胞温度大于反应温度情况下，需要采用冷却水冷却的工艺。
应当理解的是，一般工艺设计会考虑加热、冷却能量的极端工况，所以，设计能量会比较大，采用最大、最小功率限制是防止短时间过大的能量提供，会使局部温度过高，伤害细胞。
步骤S504：根据所述当前功率控制输出与所述最大功率确定当前加热功率，其中，所述当前加热功率大于等于所述最小限制功率且小于等于所述最大限制功率。
需要说明的是，根据所述当前功率控制输出与所述最大功率确定当前加热功率之前，包括获取当前加热功率与当前功率控制输出以及最大功率之间的关系。
可以理解的是，当前加热功率与当前功率控制输出以及最大功率之间的关系为：
W＝U*W max，W∈[Wk min,Wk max]
其中，W为当前加热功率，U为当前功率控制输出，W max为最大功率，Wk min为最小限制功率，Wk max为最大限制功率。
步骤S505：根据所述当前加热功率对待培养物进行温度调整。
可以理解的是，通过调整当前加热功率从而对待培养物进行温度调整，保证反应温度与种子细胞加热温度在合理的差值范围。
进一步地，为了防止满功率输出破坏种子细胞，所述步骤S503，包括：获取第一限制温度、第二限制温度、第一限制功率以及第二限制功率，其中，所述第一限制温度大于所述第二限制温度，所述第一限制功率为加热到第一限制温度时的功率，所述第二限制功率为加热到第二限制温度时的功率；根据预设功率控制输出、预设周期统计温度变化情况，并根据所述温度变化情况确定比列增益、周期以及纯滞后时间之间的关系；根据所述比列增益、周期以及纯滞后时间之间的关系进行计算，获得稳定温度；根据所述第一限制温度、第一限制功率以及稳定温度确定最大限制功率；根据所述第二限制温度、第二限制功率以及稳定温度确定最小限制功率。
需要说明的是，所述第一限制温度、第二限制温度分别为达到对应温度会破坏种子细胞的温度，所述第一限制温度可以为40℃，第二限制温度可以为4℃，本实施例对此不作具体限制。
可以理解的是，所述第一限制功率为加热到第一限制温度时的功率，即加热到40℃时的功率，所述第二限制功率为加热到第二限制温度时的功率，即加热到4℃时的功率。
应当理解的是，所述预设功率控制输出可以为25％，预设周期可以为1s，根据预设功率控制输出以及预设周期脉冲通过温度变化的拉普拉斯变换数学模型统计温度变化情况，所述温度变化的拉普拉斯变换数学模型统为：
Yb(S)＝Kb*e-τS/(TbS+1)*Ub(S)
其中，Yb为温度，Ub为预设功率控制输出，Kb为比列增益，τ为纯滞后时间，Tb为周期，S为拉普拉斯变换中的复变参量。
值得说明的是，根据所述温度变化情况确定比列增益、周期以及纯滞后时间之间的关系，并采用0.6128斜率计算法进行计算，温度稳定后，记录稳定温度。
在具体实现中，根据所述第一限制温度、第一限制功率以及稳定温度确定最大限制功率，即：
Figure BDA0004091801130000161
其中，Wkmax为最大限制功率，Kw1为加热到第一限制温度40℃时的功率，Yw为稳定温度。
根据所述第二限制温度、第二限制功率以及稳定温度确定最小限制功率，即：
Figure BDA0004091801130000162
其中，Wkmin为最小限制功率，Kw2为加热到第一限制温度4℃时的功率，Yw为稳定温度。
本实施例通过获取第一限制温度、第二限制温度、第一限制功率以及第二限制功率，其中，所述第一限制温度大于所述第二限制温度，所述第一限制功率为加热到第一限制温度时的功率，所述第二限制功率为加热到第二限制温度时的功率；根据预设功率控制输出、预设周期统计温度变化情况，并根据所述温度变化情况确定比列增益、周期以及纯滞后时间之间的关系；根据所述比列增益、周期以及纯滞后时间之间的关系进行计算，获得稳定温度；根据所述第一限制温度、第一限制功率以及稳定温度确定最大限制功率；根据所述第二限制温度、第二限制功率以及稳定温度确定最小限制功率。通过上述方式，根据限制温度、限制功率以及稳定温度确定最大限制功率以及最小限制功率，防止短时间过大的能量提供，会使局部温度过高，伤害细胞。
参照图7，图7为本发明差温接种控制装置第一实施例的结构框图。
如图7所示，本发明实施例提出的差温接种控制装置包括：
温度获取模块10，用于获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度；
温度确定模块20，用于根据所述当前反应温度以及待培养物温度确定温度偏差；
判断模块30，用于获取基础温差阈值，确定所述温度偏差是否大于所述基础温差阈值；
控制模块40，用于当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差值随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制；
调整模块50，用于通过控制所述待培养物加热过程对所述待培养物进行温度调整操作。
在一实施例中，所述控制模块40，还用于获取初始梯度数，在预设周期内对所述初始梯度数进行计算，获得参考梯度数；根据所述温度偏差与所述参考梯度数进行计算，获得当前周期温度差；根据所述当前周期温度差与所述参考梯度数进行计算，获得上周期温度差；根据所述上周期温度差与所述参考梯度数进行计算，获得上上周期温度差；判断所述参考梯度数是否等于预设值；若等于，则执行所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差值随动控制，确定待培养物加热控制策略的步骤；若不等于，则将所述参考梯度数作为新的初始梯度数，并执行所述获取初始梯度数，在预设周期内对所述初始梯度数进行计算，获得参考梯度数的步骤。
在一实施例中，所述控制模块40，还用于获取第一温差阈值和第二温差阈值，其中，所述第二温差阈值小于第一温差阈值；当所述温度偏差大于所述第一温差阈值，输出第一功率，其中，所述第一功率根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值确定，所述第一功率为正值；当所述温度偏差小于所述第二温差阈值，输出第二功率，其中，所述第二功率根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值确定，所述第二功率为负值；当所述温度偏差大于等于所述第二温差阈值且小于等于所述第一温差阈值时，输出第三功率，其中，所述第三功率大于第二功率且小于第一功率，所述第三功率为可变功率。
在一实施例中，所述控制模块40，还用于获取微分作用增益、比例度以及积分增益；根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值之间的第一关系确定第一系数；根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值之间的第二关系确定第二系数；根据所述第一系数、所述第二系数、所述微分作用增益、所述比例度、所述积分增益、所述当前周期温度差、所述上周期温度差以及所述上上周期温度差确定并输出第三功率。
在一实施例中，所述调整模块50，还用于获取平滑处理比列增益、平滑处理时间、平滑纯滞后时间；根据所述第一功率、第二功率以及第三功率中的至少一个与所述平滑处理比列增益、所述平滑处理时间以及所述平滑纯滞后时间确定当前功率控制输出；获取最大功率、最大限制功率以及最小限制功率；根据所述当前功率控制输出与所述最大功率确定当前加热功率，其中，所述当前加热功率大于等于所述最小限制功率且小于等于所述最大限制功率；根据所述当前加热功率对待培养物进行温度调整。
本实施例通过获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度；根据当前反应温度以及待培养物温度确定温度偏差；获取基础温差阈值，确定温度偏差是否大于基础温差阈值；当温度偏差大于基础温差阈值时，根据温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制；通过控制待培养物加热过程对待培养物进行温度调整操作。通过上述方式，判断温度偏差是否大于基础温差阈值，若大于，则在差温接种过程中采用差温随动控制算法对待培养物进行温度控制，解决温度梯度过大对待培养物的损伤，成活率低的问题，提高了细胞接种的成活率。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种差温接种控制设备，所述差温接种控制设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的差温接种控制程序，所述差温接种控制程序配置为实现如上文所述的差温接种控制方法的步骤。
由于本差温接种控制设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
此外，本发明实施例还提出一种存储介质，所述存储介质上存储有差温接种控制程序，所述差温接种控制程序被处理器执行时实现如上文所述的差温接种控制方法的步骤。
由于本存储介质采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
应当理解的是，以上仅为举例说明，对本发明的技术方案并不构成任何限定，在具体应用中，本领域的技术人员可以根据需要进行设置，本发明对此不做限制。
需要说明的是，以上所描述的工作流程仅仅是示意性的，并不对本发明的保护范围构成限定，在实际应用中，本领域的技术人员可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施例方案的目的，此处不做限制。
另外，未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的差温接种控制方法，此处不再赘述。
此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如只读存储器(Read Only Memory，ROM)/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种差温接种控制方法，其特征在于，所述方法包括：
获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度；
根据所述当前反应温度以及待培养物温度确定温度偏差；
获取基础温差阈值，确定所述温度偏差是否大于所述基础温差阈值；
当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制；
通过控制所述待培养物加热过程对所述待培养物进行温度调整操作。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制之前，还包括：
获取初始梯度数，在预设周期内对所述初始梯度数进行计算，获得参考梯度数；
根据所述温度偏差与所述参考梯度数进行计算，获得当前周期温度差；
根据所述当前周期温度差与所述参考梯度数进行计算，获得上周期温度差；
根据所述上周期温度差与所述参考梯度数进行计算，获得上上周期温度差；
判断所述参考梯度数是否等于预设值；
若等于，则执行所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差值随动控制，确定待培养物加热控制策略的步骤；
若不等于，则将所述参考梯度数作为新的初始梯度数，并执行所述获取初始梯度数，在预设周期内对所述初始梯度数进行计算，获得参考梯度数的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差温随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制，包括：
获取第一温差阈值和第二温差阈值，其中，所述第二温差阈值小于第一温差阈值；
当所述温度偏差大于所述第一温差阈值，输出第一功率，其中，所述第一功率根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值确定，所述第一功率为正值；
当所述温度偏差小于所述第二温差阈值，输出第二功率，其中，所述第二功率根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值确定，所述第二功率为负值；
当所述温度偏差大于等于所述第二温差阈值且小于等于所述第一温差阈值时，输出第三功率，其中，所述第三功率大于第二功率且小于第一功率，所述第三功率为可变功率。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述当所述温度偏差大于所述第二温差阈值且小于所述第一温差阈值时，输出第三功率，包括：
获取微分作用增益、比例度以及积分增益；
根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值之间的第一关系确定第一系数；
根据所述当前周期温度差与所述基础温差阈值之间的第二关系确定第二系数；
根据所述第一系数、所述第二系数、所述微分作用增益、所述比例度、所述积分增益、所述当前周期温度差、所述上周期温度差以及所述上上周期温度差确定并输出第三功率。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过控制所述待培养物加热过程对所述待培养物进行温度调整操作，包括：
获取平滑处理比列增益、平滑处理时间、平滑纯滞后时间；
根据所述第一功率、第二功率以及第三功率中的至少一个与所述平滑处理比列增益、所述平滑处理时间以及所述平滑纯滞后时间确定当前功率控制输出；
获取最大功率、最大限制功率以及最小限制功率；
根据所述当前功率控制输出与所述最大功率确定当前加热功率，其中，所述当前加热功率大于等于所述最小限制功率且小于等于所述最大限制功率；
根据所述当前加热功率对待培养物进行温度调整。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述获取最大功率、最大限制功率与最小限制功率，包括：
获取第一限制温度、第二限制温度、第一限制功率以及第二限制功率，其中，所述第一限制温度大于所述第二限制温度，所述第一限制功率为加热到第一限制温度时的功率，所述第二限制功率为加热到第二限制温度时的功率；
根据预设功率控制输出、预设周期统计温度变化情况，并根据所述温度变化情况确定比列增益、周期以及纯滞后时间之间的关系；
根据所述比列增益、周期以及纯滞后时间之间的关系进行计算，获得稳定温度；
根据所述第一限制温度、第一限制功率以及稳定温度确定最大限制功率；
根据所述第二限制温度、第二限制功率以及稳定温度确定最小限制功率。
7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度之前，还包括：
获取反应纯滞后时间、反应处理比列增益以及反应处理时间；
根据所述反应纯滞后时间、所述反应处理比列增益以及所述反应处理时间基于生物反应器细胞及培养基的脉冲干扰确定所述当前反应温度。
8.一种差温接种控制装置，其特征在于，所述装置包括：
温度获取模块，用于获取生物反应器的当前反应温度以及接种前待培养物温度；
温度确定模块，用于根据所述当前反应温度以及待培养物温度确定温度偏差；
判断模块，用于获取基础温差阈值，确定所述温度偏差是否大于所述基础温差阈值；
控制模块，用于当所述温度偏差大于所述基础温差阈值时，根据所述温度偏差通过差值随动控制算法，对待培养物加热过程进行控制；
调整模块，用于通过控制所述待培养物加热过程对所述待培养物进行温度调整操作。
9.一种差温接种控制设备，其特征在于，所述差温接种控制设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的差温接种控制程序，所述差温接种控制程序配置为实现如权利要求1至7中任一项所述的差温接种控制方法。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有差温接种控制程序，所述差温接种控制程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的差温接种控制方法。
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