Diseño de observadores de estado para la estimación de biomasa en biorreactores a partir de modelos cibernéticos

Abstract

Resumen: En los últimos años, el modelado del crecimiento microbiano en múltiples sustratos ha recibido especial atención, sin embargo, no hay evidencia en la literatura acerca de la aplicación de observadores de estado en sistemas de crecimiento microbiano descritos por modelos cibernéticos. Este trabajo se enfoca en el diseño de observadores para la estimación del estado completo en un proceso de crecimiento anóxico de Saccharomyces cerevisiae en presencia de dos sustratos y con producción de etanol, bajo una perspectiva cibernética. A través de simulaciones y con parámetros cinéticos obtenidos de la literatura, se encontró que un observador interconectado de tipo asintótico – exponencial tiene un buen desempeño en la estimación de todas las variables en regímenes continuo, fedbatch y batch. Como medida del índice de desempeño del observador se empleó la integral del valor absoluto del error (IAE).

Abstract: In recent years, the problem of multi-substrate microbial-growth modeling has received more and more attention, however, there is no evidence in the literature referring to state observer design applied to microbial growth described by cybernetic models. This work focuses on the design of full-order observers in a two-substrate anoxic-fermentation process of Saccharomyces cerevisiae with ethanol production, described by cybernetic modeling. Through simulations and based on kinetic parameters obtained from the literature, it was found that an interconnected asymptotic - exponential observer has a good performance in estimating all variables in continuous, fedbatch and batch regimes. As a performance index, the integral of the absolute value of the error (IAE) was used.