Tesis doctoral de María Rodriguez Fernandez
La ingeniería de procesos moderna se basa en el uso de modelos matemáticos rigurosos para realizar tareas de análisis, diseño, optimación y control. El desarrollo de un modelo matemático puede considerarse como un ciclo en el que la estimación de parámetros y el diseño óptimo de experimentos dinámicos juegan un papel fundamental. la estimación de parámetros se plantea como la minimización de una función de coste que mide la calidad del ajuste del modelo con respecto a un conjunto de datos experimentales, sujeto a la dinámica del sistema y a otras posibles restricciones algebraicas. Esta formulación corresponde a la de un problema de optimización no lineal con ecuaciones diferenciales ordinarias y algebraicas como restricciones. matemáticamente, el diseño óptimo de experimentos puede plantearse como un problema de optimización dinámica en donde el objetivo es encontrar un conjunto de variables de entrada (controles) para los experimentos dinámicos que maximicen la calidad de algún indicador estadístico de los parámetros estimados. Con objeto de aumentar la identificabilidad práctica y la precisión de los parámetros, en este trabajo se han utilizado funciones escalares de la matriz de información de fisher. Empleando métodos directos, que transforman el problema original en un problema de optimización no lineal (nlo) mediante la parametrización de los controles y/o de los estados, se pueden obtener soluciones numéricas. debido a la naturaleza no lineal del modelo dinámico, estos dos problemas son frecuentemente multimodales (no convexos) y, por lo tanto, si se resuelven con métodos tradicionales de optimización local es muy probable que converjan a óptimos locales. ésta es una clara motivación para la utilización de métodos que proporcionen más garantías de convergencia al óptimo global. en este trabajo se estudia el modelado y la identificación de una serie de bioprocesos (industria alimentaria y biotecnológica). Relativos a la industria alimentaria, se han considerado procesos de conservación basados en técnicas de secado y procesamiento térmico de alimentos. En relación a la biología de sistemas, se han considerado modelos de rutas bioquímicas de gran interés así como la modelización de la cinética de la glucosa en pacientes diabéticos que es un paso clave en el desarrollo del deseado páncreas artificial. para llevar a cabo estas tareas, se presentan nuevas metodologías de optimización global que aumentan significativamente la eficiencia de las hasta ahora utilizadas garantizando su robustez. Se hace también una revisión de los métodos de análisis de sensibilidades así como de los tipos de funciones de sensibilidad y de su aplicabilidad, especialmente para cuantificar la importancia de los parámetros estableciendo un ranking de los mismos. Además, se analizan las técnicas existentes para el estudio de la identificabilidad y se presenta un programa desarrollado en matlab que permite automatizar las tareas de análisis de identificabilidad, ranking de parámetros, calibración del modelo, cálculo de intervalo de confianza ya diseño óptimo de experimentos dinámicos.
Datos académicos de la tesis doctoral «Modelado e identificacion de bioprocesos«
- Título de la tesis: Modelado e identificacion de bioprocesos
- Autor: María Rodriguez Fernandez
- Universidad: Vigo
- Fecha de lectura de la tesis: 22/01/2007
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Julio Rodríguez Banga
- Tribunal
- Presidente del tribunal: cesar De prada moraga
- Jesús Andrés Pico marco (vocal)
- nestor v. Torres darias (vocal)
- Antonio Alvarez alonso (vocal)