磁力微型机器人建模与控制

在共享全局信号下独立控制多个磁性微型机器人，在针对性药物递送和微外科手术等生物医学应用中 presents critical 挑战。大多数现有系统仅允许所有代理同步移动，限制了其在需要差异化驱动的应用的使用。本研究旨在设计一种控制器，能够仅利用全局磁场角度 \psi 作为控制参数，来调节微型代理之间的径向距离，展示其在实际应用中的潜力。该提出的级联控制方法使间代理距离的调整速度和精度均高于比例控制器，同时保持平滑的过渡，避免磁场取向的突变，使其适用于实际实现。为开发物理模型，进行了文献综述，考虑磁偶极子-偶极子相互作用以及粘性介质中的速度。实现了用于调节径向距离的 PID 控制器，随后在级联控制中加入 PD 控制器以平滑场向的变化。这些控制器在 MATLAB 中进行仿真，表明 PID 控制器将到达所需半径的时间缩短约 40%。当添加第二个控制器后，组合的 PID+PD 方案在相似的时间框架内实现平滑的角度轨迹，波动仅为 \pm 5^\circ。这些结果验证了仅通过共享磁场即可快速而精确地控制两个微型机器人之间的径向距离，且控制角度无突变。然而，该模型仅限于二维环境和两个代理，表明未来的研究需要将控制器扩展到三维系统和多个代理。