无线电能传输技术的实质泛指一种借助存在于物理空间中的传能介质实现电能以无线的形式由源极传输至受电极的电能供给模式。感应耦合电能传输(ICPT)技术是一种基于高频电磁场近场耦合原理实现电能近距离无线传输的技术。由于包含了磁路耦合、高频变换、谐振网络等多个环节,多路混杂的系统特性决定了ICPT系统是一个对系统参数变化具有高敏感性的系统,特别是系统负载具有明显的多变性和操作随意性,即负载功率等级、个数及位置的随机性变化极易造成系统性能和稳定性的下降,如何提高负载随机变化条件下的系统自适应能力,从而保证系统性能,是亟需解决和研究的重要难题。　　本文旨在针对负载随机变化条件下ICPT系统性能鲁棒性问题,提出一种稳定可靠、负载兼容能力强的高效无线供电优化与控制策略,并将这些方法应用到实际系统中以验证其有效性。在研究过程中,本文主要作了以下工作:　　1.建立了充分考虑高频效应的系统损耗模型　　针对传统效率模型中未充分考虑高频变换器损耗及高频效应的影响,文中以电流型全桥谐振变换拓扑为例,对系统各部分的损耗进行了量化分析,充分考虑了谐振变换器中开关管旁路二极管和谐振回路带来的环流影响以及高频效应带来的影响,建立了较为客观的系统损耗模型。通过实验结果分析了系统的损耗组成。　　2.提出了一种高效的负载观测机制　　针对ICPT系统负载有效性及大小信息识别的问题,根据系统能量平衡关系提出了一种基于能量通道的负载信息观测策略。通过对原边输入电流的大小和频率检测判定实现副边负载信息的观测,该方法避免了复杂建模和高速采样,提高了实用性。实验结果表明该负载观测方法是有效的。　　3.研究了不同负载功率等级条件下系统效率优化与控制问题　　针对系统负载大小变化引起系统效率波动的问题,提出基于最优工作频率点的负载自适应策略。基于损耗模型,通过频闪映射建模方法和不动点理论,分析了系统在负载变化时的相关特性。针对不同负载功率等级下效率优化问题,文中以系统效率最高为目标,综合考虑输出电压、负载功率需求、稳定性等约束条件,建立了系统的非线性规划优化模型,针对模型中的约束处理问题,将输出电压、负载功率需求作为核心约束,改进了自适应罚函数法以提高约束处理能力,接着采用遗传算子操作对系统最优工作频率点进行求解。结合负载观测机制,构建了基于最优频率点的负载自适应控制系统,并对其控制器进行了研究和设计。最后通过实验研究证明了该负载自适应控制策略的必要性和有效性,提高了在宽范围负载条件下的系统效率。　　4.研究了多负载条件下系统建模与控制问题　　建立了充分考虑负载之间耦合关系的多负载系统模型,通过对模型求解发现当工作频率偏离副边固有谐振频率时,系统效率最高,并从复功率的角度解释了多负载系统的效率特性。针对多负载系统负载在线观测与控制难的问题,采用了无需在线辨识的离散准滑模控制策略和无需额外电能变换器的双工模式切换的功率调节方法实现系统功率传输的稳定控制,建立了系统的离散变结构模型,通过在传统滑模面函数的基础之上加入积分环节保证系统具有良好的稳态性能。实验结果表明离散准滑模控制器取得了较好的控制效果,表明该控制策略对于这样一类具体复杂高维非线性特性的ICPT系统是有效的。　　5.研究了负载位置偏移条件下的谐振拓扑设计与参数优化问题　　分析并综合各传统谐振结构的特点,提出了一种新型复合谐振结构以改善系统在互感大范围变化时的功率鲁棒性。并针对复合谐振结构参数设计难的问题,建立了非线性规划数学模型,采用改进的遗传算法进行参数优化设计。通过混合初始化操作,在可行性规则中加入二次归一化处理,采用最优保存法加随机比较的选择方法,采用算术交叉和混合变异,增强了算法的搜索效率和收敛性能。实验结果验证了在所得的优化参数下,系统在负载位置大范围变化时有良好的功率传输特性。　　本文主要有以下几点创新性贡献:　　1.针对ICPT系统负载功率等级多变导致系统性能下降的问题,提出一种基于最优频率点的负载自适应控制策略。该策略通过全局优化与负载观测相结合的控制方式,综合考虑了高频逆变损耗及高频效应,实现系统在负载功率等级实时变化条件下的高效运行。　　2.针对系统多负载条件下建模与控制难的问题,建立了基于能量关系的系统离散变结构模型,提出一种基于双工模式切换的离散准滑模功率控制策略,保证系统在多负载条件下的高效、稳定控制。　　3.针对系统负载位置变化导致系统传输功率下降的问题,提出一种新型复合谐振拓扑结构,并采用改进型遗传算法对其进行优化设计,使系统在较大负载位置偏移条件下保持一定的传输功率。