随着人们对健康医疗领域的日益关注,生物医药制品的需求逐渐增大,规模化动物细胞培养作为生物产品制备的关键技术,已成为工业生产的重要环节。生物反应器是维持细胞体外生长繁殖的核心设备,为了满足规模化动物细胞培养中混合度高且剪切力小的要求,相应反应器的研究是重要难点之一。计算流体力学软件能全面模拟生物反应器内流场状态,通过关键工程因素的计算结果直观反映流场特性,从而为反应器参数结构的设计提供依据。同时动物细胞产业化培养也为过程参数的测控带来挑战,关键参数的准确测量是控制的必要前提,但由于传统测量技术的局限性与动物细胞培养过程的复杂性,关键参数的测量问题一直是测控过程中的首要难题,这些技术问题密切关系着动物细胞培养最终产物的产量与品质,因此深入研究这些技术问题具有实际价值与意义。针对以上技术问题,本文主要从以下几个方面展开研究:1.将流体仿真软件运用于反应器内流场的模拟,以4000L动物细胞生物反应器为研究对象,首先设计了流场计算域的几何结构与搅拌器结构,接着选用稳态的多参考系坐标法在有限元分析软件中对计算域进行网格划分,模拟了反应器内不同挡板组数产生的流场效果,依照仿真结果选取最佳挡板组数,最后计算了不同搅拌速度下产生的流场,对比分析速度矢量场与剪切矢量场的仿真结果,为实际培养过程搅拌速度的设定提供依据。2.运用软测量技术解决了动物细胞培养中不可测关键参数预估的问题,以口蹄疫疫苗悬浮培养为研究对象,采用一致关联度算法选择辅助变量,建立基于广义回归神经网络的软测量模型,实现对葡萄糖浓度、乳酸浓度、丙氨酸浓度和细胞密度的预测,并在仿真实验中与径向基神经网络模型的预估效果对比,仿真结果表明广义回归神经网络具有更优异的预测精度与泛化能力,显示出其在动物细胞培养过程软测量建模中的可行性。3.采用ARM9微处理器为主控CPU设计了动物细胞培养的数字控制系统,为软测量研究成果运用于实际生产中提供平台。首先对基于ARM9的硬件控制系统进行了设计,并详细描述数字系统中的数据存储与通讯接口技术,接着设计了温度、溶氧、酸碱度的实际检测方法与通讯接口技术,最后将软件操作系统Linux移植到控制器中,构建了较为完整的动物细胞培养数字控制系统。