PID Control of Biochemical Reaction Networks
PID Control of Biochemical Reaction Networks
复制标题
生化反应网络的PID控制
DOI：
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发表时间：
2021
影响因子：
6.8
通讯作者：
Max Tschaikowski
中科院分区：
文献类型：
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作者：
M. Whitby;L. Cardelli;M. Kwiatkowska;L. Laurenti;M. Tribastone;Max Tschaikowski
反馈控制的原理已被证明是自然产生于生物系统中，并已成功地应用于构建合成电路。在这里，我们提出了一个实施的比例积分微分（PID）控制器的化学反应网络与质量作用动力学。这使得控制器在体外合成使用DNA链置换技术，由于其表现出的能力，实现任意的反应网络设计的相互作用的DNA分子。以前的相关工作已经研究了生物PID结构，使用线性化的非线性动力学控制器组件和在工厂。在这篇文章中，我们提出了一个证明的正确性，我们的非线性设计在闭环奇异摄动理论的参数。作为一个应用程序，以显示我们的控制器的有效性，我们提供了一个遗传模型进行PID反馈控制的蛋白质表达的数值模拟。
Principles of feedback control have been shown to naturally arise in biological systems and have been applied with success to build synthetic circuits. Here, we present an implementation of a proportional–integral–derivative (PID) controller as a chemical reaction network with mass-action kinetics. This makes the controller synthesizable in vitro using DNA strand displacement technology, owing to its demonstrated capability of realizing arbitrary reaction-network designs as interacting DNA molecules. Previous related work has studied biological PID architectures using linearizations of nonlinear dynamics arising in both the controller components and in the plant. In this article, we present a proof of correctness of our nonlinear design in closed loop using arguments from singular perturbation theory. As an application to show the effectiveness of our controller, we provide numerical simulations on a genetic model to perform PID feedback control of protein expression.
影响因子：
38.3
作者：
通讯作者：
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