随着微型机器人在生物医学领域的潜力被开发,例如药物输送、靶向治疗、微创手术等,微机器人的无线驱动也越来越吸引学者们的关注。此外,电磁场驱动对生物体无害,能够穿透深层组织,并且通过改变输入电流可以生成实时受控的动态磁场,因此电磁线圈驱动已被广泛运用于微型磁性机器人的驱动控制当中。为了能够成功应用于生物医学领域,响应快、精度高的磁驱动系统必不可少。而构成磁驱动系统的线圈电感会导致线圈输入电流的延迟,从而影响响应性能。同时闭环控制系统的视觉反馈的采样间隔过长,因此帧间的未知位置会导致振荡。针对上述问题,对电磁线圈驱动系统作出改进,提高磁驱动系统的性能,具有重要的研究意义和价值。本文主要做了以下几点工作:首先,分析磁驱动系统基础理论以及本文采用的电磁线圈模型。采用了亥姆霍兹线圈和麦克斯韦线圈两种典型的线圈,分别能在空间中产生均匀磁场和均匀梯度磁场,实现磁性粒子在磁场中的两种基本运动方式。分析了两种线圈的模型,并搭建了组合线圈的模型。对微机器人进行动力学建模并分析了输入电流和输出磁场以及磁场梯度的映射矩阵。最后在多物理场仿真软件COMSOL中搭建本文采用磁驱动系统的组合线圈模型,对产生的磁场和磁场梯度进行有限元仿真并验证相关数学模型。其次,针对电磁线圈驱动延迟的问题,提出基于自抗扰技术的全状态反馈控制器。采用基于功率逆变器的电路板来控制施加在线圈上的电压,分析常规控制器存在的问题。基于自抗扰技术设计全状态反馈控制器,并在MATLAB软件中进行仿真分析。同时与传统的PID控制和开环控制进行比较,分别对阶跃响应、正弦响应、脉冲响应进行仿真,验证所设计控制器可以实现两个重要目的:1)使输出磁场和磁场梯度能收敛到参考点;2)尽可能实现最佳的瞬态响应。再次,提出了磁驱动微机器人系统的闭环控制方案。采用霍夫算法实现对微机器人的检测,从而实现闭环控制中对微机器人的位置反馈。控制系统分别设计了方向控制模块和位置控制模块,其中方向控制模块中采用方向闭环,位置控制模块中采用了位置、速度、加速度三闭环控制。针对视觉反馈中采样频率较慢导致不能将实时位置反馈给控制系统的问题,采用卡尔曼滤波算法来对帧间位置进行预测。最后,搭建实验平台进行实验分析。针对本文中提出的电磁线圈系统,进行了若干实验:1)采用高斯计验证所设计的组合线圈磁场的均匀性;2)对微机器人进行旋转实验来验证产生旋转磁场的性能,即对微机器人方向控制的验证;3)分别在开环控制、PI控制、自抗扰控制下进行微机器人驱动实验,来验证本文提出的自抗扰控制器的性能;4)进行微机器人的闭环驱动控制实验,分别驱动机器人沿着给定的方形和“S”字样路径运动,并且比较在有无卡尔曼滤波下微机器人的运动轨迹和误差,验证本文提出的位置预测算法的优异性能。