In its simplest form, a chemostat consists of microorganisms or cells that grow continually in a specific phase of growth while competing for a single limiting nutrient. Under certain conditions of the cell growth rate, substrate concentration, and dilution rate, the theory predicts and numerical experiments confirm that a periodically operated chemostat exhibits an "overyielding" state in which the performance becomes higher than that at steady-state operation. In this paper, we show that an optimal periodic control policy for maximizing chemostat performance can be accurately and efficiently derived numerically using a novel class of integral pseudospectral (IPS) methods and adaptive h-IPS methods composed through a predictor-corrector algorithm. New formulas for the construction of Fourier pseudospectral (PS) integration matrices and barycentric-shifted Gegenbauer (SG) quadratures are derived. A rigorous study of the errors and convergence rates of SG quadratures, as well as the truncated Fourier series, interpolation operators, and integration operators for nonsmooth and generally T-periodic functions, is presented. We also introduce a novel adaptive scheme for detecting jump discontinuities and reconstructing a piecewise analytic function from PS data. An extensive set of numerical simulations is presented to support the derived theoretical foundations.


翻译:在最简形式下,恒化器由微生物或细胞构成,这些微生物或细胞在特定生长阶段持续生长,并竞争单一限制性营养物。在细胞生长速率、底物浓度和稀释率满足特定条件时,理论预测及数值实验均证实:周期性运行的恒化器会出现"超产"状态,其性能优于稳态运行。本文证明,通过采用新型积分伪谱方法及基于预测-校正算法构建的自适应h-IPS方法,可精确高效地数值推导出最大化恒化器性能的最优周期控制策略。本文推导了傅里叶伪谱积分矩阵与重心位移盖根鲍尔求积公式的新构造方法,并对非光滑及一般T周期函数的SG求积误差与收敛速率、截断傅里叶级数、插值算子及积分算子进行了严格研究。同时,我们提出了一种新型自适应方案,用于检测跳跃间断点并从伪谱数据重构分段解析函数。通过大量数值仿真验证了所建立的理论基础。

0
下载
关闭预览

相关内容

【硬核书】树与网络上的概率,716页pdf
专知会员服务
77+阅读 · 2021年12月8日
专知会员服务
52+阅读 · 2020年12月14日
神经常微分方程教程,50页ppt,A brief tutorial on Neural ODEs
专知会员服务
74+阅读 · 2020年8月2日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
182+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
94+阅读 · 2019年10月10日
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月26日
Arxiv
0+阅读 · 2023年5月24日
VIP会员
最新内容
《人工智能在网络防御中的机遇》
专知会员服务
2+阅读 · 今天12:49
认知战:定义与能力发展
专知会员服务
4+阅读 · 今天9:25
乌军利用美国“黄蜂”无人机摧毁俄军后勤
专知会员服务
7+阅读 · 6月7日
《支持作战级人机协同智能的交互式OODA流程》
专知会员服务
15+阅读 · 6月7日
ICML 2026 | SARDI:扩散语言模型的自增强检索
专知会员服务
8+阅读 · 6月6日
相关VIP内容
相关资讯
强化学习三篇论文 避免遗忘等
CreateAMind
20+阅读 · 2019年5月24日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
27+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
29+阅读 · 2019年5月18日
逆强化学习-学习人先验的动机
CreateAMind
16+阅读 · 2019年1月18日
强化学习的Unsupervised Meta-Learning
CreateAMind
18+阅读 · 2019年1月7日
无监督元学习表示学习
CreateAMind
27+阅读 · 2019年1月4日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
44+阅读 · 2019年1月3日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
18+阅读 · 2018年12月24日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
1+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员