液滴微流控技术在生物医学、化工等领域有着广泛的应用,目前液滴生成装置大都基于常规尺寸的控制元件,如气动比例阀、注射泵等,扩大了液滴微流控系统的体积,缩小了其应用范围。为此,本文提出了基于步进电机微阀的液滴微流控系统,使用微阀代替常规阀组,具有微型的特点,且易于与微流控其他元件集成,可用于生成稳定尺寸的液滴。本文提出的步进电机微阀的液滴微流控系统方案,通过控制液体的驱动压力实现液滴尺寸的调节功能。建立了液滴微流控系统的动态数学模型,对步进电机微阀的阀芯位移方程、微阀阀口流量方程及阀膜的受力平衡方程进行推导;对T型微流道中液滴的静/动态尺寸变化进行推导,利用液阻模型分析T型微流道中压力流量关系并得到压力驱动下液滴尺寸公式。利用Matlab/Simulink、有限元软件Fluent和Comsol等对系统重要元件步进电机微阀的静、动态特性和压力控制系统的开环特性进行仿真分析:获得步进电机微阀阀芯的运动特性和微阀的静态流量特性。本文提出了系统等效流阻模型,运用线性化理论得到系统的传递函数,并比较分析了单阀与双阀控制的区别;分析了微阀流道尺寸、压力容腔体积等参数对系统压力开环特性的影响。同时分析了T型微流道在压力驱动下液滴生成的条件,对液滴的尺寸稳定性进行分析并提出提高液滴尺寸稳定性的方法。本文根据系统的开环特性设计了PID、Bang-Bang等控制算法,对系统进行闭环控制,通过仿真对比了两种方法的控制效果,并提出了压力控制的单阀与双阀控制策略,比较单/双阀控制的性能并提出了一种压力控制的最优方案。本文实现了液滴微流控系统实验平台的搭建,对系统重要元部件的加工制作方法进行设计与制作,如微阀芯片与T型微流道芯片的制作,并给出在实际操作中的注意事项等。本文的液滴微流控系统可实现双通道的压力控制,两者相互独立,可单独或组合用于液滴的生成。在实验台的基础上对不同压力控制算法进行测试比较,测试单阀与双阀控制的实际效果,根据其表现用于液滴的生成实验。本文介绍了液滴生成的实验准备及实验流程,分析在压力驱动下液滴的生成过程,测试系统在压力阶跃响应下的液滴尺寸变化,并提出了基于图像处理的液滴尺寸计算方法,实现了液滴尺寸的实时监测。