通过外旋转磁场驱动内嵌永磁体的内窥镜胶囊机器人不仅实现了主动控制,而且在胃肠道检查方面具有稳定高效、安全可靠等优点,因其巨大的临床应用价值而成为了众多学者进行研究的热点。本课题组利用三轴正交方形亥姆霍兹线圈产生空间万向旋转磁场,控制胶囊机器人进行调姿与运动。为了提高旋转磁场的精度与控制灵活性,本文对负载线圈的功率驱动技术进行了研究探索,提出了一种万向旋转磁场的空间电压矢量控制模型。首先,阐述了万向旋转磁场的叠加原理。在对单轴线圈空间内任意位置磁场进行建模的基础上,通过坐标变换扩展为三轴线圈叠加磁场,对旋转周期内不同时刻旋转平面内磁场精度进行计算,并对三轴线圈的磁场分布作了分析。推导出加载于线圈上的电压空间矢量末端轨迹,利用微分几何原理对轨迹特性进行分析,发现其为空间内一平面曲线,形状为一与旋转磁场同频率的广义椭圆,并推导出半长轴半短轴对应向量与长短轴模长。对末端轨迹曲线特性的讨论,为空间电压矢量控制模型的设计打下了基础。其次,提出一种空间电压矢量控制模型,针对三轴正交亥姆霍兹线圈的空间结构与负载特性设计三相六桥臂功率电路拓扑结构,列出各桥臂开关状态组合并计算对应的全部基本电压矢量及其空间分布,根据基本电压矢量分布特点设计分割平面对三维空间进行分割,形成多个立体扇区,设计判断条件,对包含参考矢量的立体扇区进行判断。基于伏秒平衡原理推导出基本电压矢量占空比计算矩阵,并提出矢量序列的周期时序设计方法。接着,对所设计的空间电压矢量控制模型所产生的万向旋转磁场进行谐波分析,基于傅里叶级数原理对控制周期时序波形进行展开,并推导出旋转磁场的谐波分量误差数学解析模型,建立误差评价指标,通过对比分析说明相比于双极性正弦脉宽调制驱动亥姆霍兹线圈,空间电压矢量控制模型产生的旋转磁场谐波分量误差较小。最后,通过仿真对文中建立的空间电压矢量控制模型做出验证,结果表明了所提出的控制方法的有效性。同时,对空间电压矢量控制及双极性正弦脉宽调制方式下的万向旋转磁场谐波误差进行了仿真与对比,证明了所建立的误差解析模型的正确性,为胶囊机器人空间电压矢量控制方法的进一步研究与应用奠定了基础。