【摘 要】
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无人机具有极强的环境适应性和自主性,因此在各领域得到了广泛的应用,但续航能力不足限制了无人机的进一步发展。目前,有线充电作为无人机电能补给的主要方式,存在自动化程度低、安全性低的弊端。无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）技术是一种通过电磁场实现电能传输的技术,与传统的有线供电技术相比,该技术可以减少充电过程中的有线接触,免于人工更换电池,自动化程度高,更加安全可靠
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无人机具有极强的环境适应性和自主性,因此在各领域得到了广泛的应用,但续航能力不足限制了无人机的进一步发展。目前,有线充电作为无人机电能补给的主要方式,存在自动化程度低、安全性低的弊端。无线电能传输（Wireless Power Transfer,WPT）技术是一种通过电磁场实现电能传输的技术,与传统的有线供电技术相比,该技术可以减少充电过程中的有线接触,免于人工更换电池,自动化程度高,更加安全可靠,也为实现大规模无人机群的自主充电提供了可能。然而,无人机对于载重较为敏感,WPT系统接收端体积重量过大,会引起无人机续航能力降低、机身不平衡等问题,目前无线充电系统存在偏移适应性差、系统稳定性差和功率低的困境,影响系统的正常工作。本文针对以上问题,提出一种非对称式磁耦合机构以降低接收端质量,对无人机无线电能传输系统的耦合机构进行多目标优化,在减小接收线圈质量的同时,使得无人机系统传输效率最大,且保证系统输出功率,增强无人机的无人自主化能力,有效解决无人机领域中存在的续航问题。本文具体研究内容如下:（1）以接收端线圈轻量化为目标,开展适用于无人机WPT系统的补偿拓扑设计与分析。基于无人机锂电池的特性及载荷限制,采用LCC-S高阶补偿网络解决无人机充电过程中互感不稳定的问题,以实现恒压输出且接收端轻量化的目的;利用有限元仿真软件,开展无线充电系统耦合机构的研究,提出一种非对称式磁耦合机构,并利用仿真模型分析其磁场分布及抗偏移性能。（2）针对无人机WPT系统耦合机构重量过大的问题,利用多目标优化算法对无人机无线电能传输系统进行优化,在满足系统所需输出功率的同时,减小接收线圈重量,保证系统传输效率,使无人机能够灵活地进行电能补给,从而提高无人机的无人自主化能力,减少人工成本。（3）为验证本文所研究设计系统的传输性能,在仿真实验的基础上,搭建基于LCC-S型补偿电路的无人机无线电能传输系统硬件平台并开展实验研究。实验结果表明,该系统在为无人机高效充电的同时具备了良好的抗偏移特性,为无人机的降落准确度留有一定空间。
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