一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法及系统、电子设备、计算机可读介质与流程

本发明涉及生物制药过程控制，特别涉及一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法及系统、电子设备、计算机可读介质。

背景技术：

1、切向流过滤（tff）是一种以压力为驱动力、利用膜的选择性透过作用实现混合物分离的膜分离技术。在生物制药领域，tff系统被广泛应用于细胞培养液的澄清过滤、目标产物的浓缩与透析换液、病毒颗粒的分离纯化等关键工艺步骤。在tff系统中，循环泵的转速控制直接影响膜表面流速、剪切力分布和跨膜压（tmp），进而决定过滤通量、膜污染速率和产品质量。泵转速的控制精度和策略对整个过滤过程的性能具有决定性影响。然而，传统tff的泵转速控制存在以下技术缺陷：

2、恒速控制：泵以固定转速持续运行，系统内的循环流量恒定不变。这种方式实现简单，但膜表面流速分布固定，容易形成稳定的浓差极化层和滤饼层，导致膜通量快速衰减。膜柱更换频繁，显著增加了生产成本和工艺中断风险。

3、自动化程度低：操作人员根据经验在设定时间点调整泵转速，形成阶梯式流量变化。这种方式依赖操作人员经验，调节精度差，难以实时响应tmp变化，不同批次之间的一致性无法保证。

4、膜柱使用寿命短：仅采用单一的pid闭环控制维持恒定流量，虽然流量稳定性较好，但缺乏主动的流量扰动机制，无法主动破坏膜表面污染层的稳定沉积，膜污染抑制效果有限。

5、产品损伤：现有的反冲洗技术，泵之间的切换通常采用简单的启停方式，切换瞬间流量波动大，导致系统压力骤变，对膜组件和产品造成冲击。

技术实现思路

1、根据本发明实施例第一方面，提供了一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法，切向流过滤系统包括中空纤维柱、主泵和辅泵，主泵设置于中空纤维柱下端，辅泵设置于中空纤维柱上端，控制方法包含如下步骤：

2、采集循环流量信号和跨膜压信号；

3、根据循环流量信号和跨膜压信号，判断当前工况下采用单泵运行模式或双泵协同运行模式；

4、在单泵运行模式下，仅控制主泵运行，采用闭环反馈控制方式实时调节主泵转速，使循环流量维持在设定值；当满足换向反冲条件时，基于交叉渐变的双泵转速调配策略，切换为辅泵单独运行并反向循环；

5、在双泵协同运行模式下，同时控制主泵和辅泵运行，其中主泵驱动整体循环流向，辅泵提供反向压力，基于循环流量和跨膜压的实时偏差，采用主从协调策略对主泵和辅泵的转速进行自适应协调调节；当满足换向反冲条件时，基于交叉渐变的双泵转速调配策略，使主泵和辅泵的驱动角色互换并反向循环；

6、当系统满足模式切换条件时，在单泵运行模式和双泵协同运行模式之间进行平滑切换。

7、进一步，闭环反馈控制方式包含：

8、采用模糊自适应pid控制算法，实时进行pid控制参数整定；

9、根据整定后的pid参数和循环流量信号与设定值之间的偏差，实时调整离心泵转速，使系统针对膜柱状态变化动态维持循环流量的设定值。

10、进一步，单泵运行模式与双泵协同运行模式之间的切换逻辑为：

11、当单泵运行足以满足系统对于跨膜压和循环流量的设定需求时，维持单泵运行模式；

12、当单泵运行无法同时满足循环流量设定需求和跨膜压设定需求时，控制单元自动启动另一台泵，进入双泵协同运行模式。

13、进一步，交叉渐变的双泵转速调配策略包括：

14、记录主泵和辅泵的当前转速，分别以对方当前转速作为目标转速进行增减调节；

15、在转速调节过程中，当双泵转速相等时循环流量归零，此后双泵继续完成后半程转速增减，最终完成双泵转速交换和循环方向的切换，使原主泵转变为辅泵角色、原辅泵转变为主泵角色；

16、转变完成后，系统进入稳态下的循环流量和跨膜压的闭环反馈控制。

17、进一步，还包括系统启动控制步骤：

18、在批次运行开始时，控制主泵转速按照渐变式递增策略逐步增加，直至满足系统循环流量设定值，避免启动瞬间的液压冲击。

19、根据本发明实施例第二方面，提供一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制系统，包含：

20、中空纤维柱；

21、主泵，设置于中空纤维柱下端；

22、辅泵，设置于中空纤维柱上端；

23、流量传感器，用于采集循环流量信号；

24、压力传感器，用于采集跨膜压信号；

25、控制单元，与主泵、辅泵、流量传感器和压力传感器通信连接，控制单元被配置为执行第一方面的一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法。

26、根据本发明实施例第三方面，提供一种电子设备，包括：存储器、处理器以及计算机程序，计算机程序存储在存储器中，处理器运行计算机程序执行第一方面的一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法。

27、根据本发明实施例第四方面，提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器运行第一方面的一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法。

28、根据本发明实施例的一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法，具备如下有益效果：

29、1、本发明摒弃了传统单泵tff控制技术的单一运行模式，创新性地提供单泵与双泵两种运行模式。双泵协同运行可满足高tmp稳态需求，确保大流量工艺条件下的处理效率；单泵运行适用于传统tff场景。两种模式可根据工艺需求灵活切换，覆盖不同批次规模与产品类型的全场景应用。

30、2、本发明融合模糊自适应pid、闭环反馈控制等控制方法，构建了自适应混合控制系统。系统能够实时感知工艺扰动，自动调整控制参数并平滑切换运行模式，实现了全工艺阶段的自动化运行。

31、3、本发明通过控制单元自动决策渐进启动、双泵协同、单泵循环、软停保护等多种运行模式的切换，无需人工干预即可覆盖tff工艺全生命周期。确保各批次之间工艺参数高度一致，大幅提升生产效率与产品质量稳定性。

32、4、本发明通过单泵顺时针循环与逆时针循环的交替运行策略，周期性改变膜面流场方向，扰动膜面沉积层，有效减缓不可逆膜污染的形成。该交替换向机制显著延长了膜柱有效使用周期，减少了更换频次和耗材成本。

33、5、本发明通过渐变式启动消除液压冲击，软切换策略避免流动突变，从多维度实现了低剪切率的工艺环境。尤其对于剪切敏感型生物制品，该设计可显著提升产品活性保持率，确保最终产品质量。

34、要理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述两者都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。

1.一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法，所述切向流过滤系统包括中空纤维柱、主泵和辅泵，所述主泵设置于所述中空纤维柱下端，所述辅泵设置于所述中空纤维柱上端，其特征在于，所述控制方法包含如下步骤：

2.如权利要求1所述切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法，其特征在于，所述闭环反馈控制方式包含：

3.如权利要求1所述切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法，其特征在于，所述单泵运行模式与所述双泵协同运行模式之间的切换逻辑为：

4.如权利要求1所述切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法，其特征在于，所述交叉渐变的双泵转速调配策略包括：

5.如权利要求1所述切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法，其特征在于，还包括系统启动控制步骤：

6.一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制系统，其特征在于，包含：

7.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器以及计算机程序，所述计算机程序存储在所述存储器中，所述处理器运行所述计算机程序执行权利要求1~5任一项所述的一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法。

8.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器运行权利要求1-5任一项所述的一种切向流过滤系统的多模式动态循环控制方法。