无线电能传输(Wireless Power Transfer,WPT)技术,是一种通过电磁效应或者能量交换作用实现从电源到负载无电气接触地进行电能传输的新型输电方式,相比于传统的有线输电方式它具有安全可靠,适用于不可、不宜、不准接入导线的特殊场合。WPT技术已经有了很大的发展,目前已经应用在手机充电,电动汽车充电,体内医疗器械供电,水下设备供电等。当前存在的无线传能控制系统,主要是由模拟电路搭建,电路复杂、易老化、温漂,而且中心频率不可改变。鉴于上述原因,本文对于无线电能传输系统进行了研究,并且基于现场可编程逻辑门阵列(FPGA),设计了全数字控制的无线电能传输系统。首先,依据电路理论建立了WPT系统的二线圈、三线圈、四线圈结构的数学模型,并且根据数学模型,详细的分析了二线圈、三线圈、四线圈结构在不同传输距离时的传输效率,并利用MATLAB画出传递效率曲线。在选定二线圈结构为本课题方案后,详细分析了二线圈结构,频率与传输距离的关系,并且在COMSOL中建立了双线圈模型,进行了双线圈模型在不同频率的激励下的电磁场仿真。其次,本文采用电力电子器件完成了高频开关电源的设计,包括逆变电路,直流-直流(DC-DC)升降压电路,驱动电路等。分析了WPT系统失谐以及频率跟踪的原理,确定了采用锁相环实现频率跟踪控制系统的方案。本文主要创新点在于,建立并分析了基于反馈控制原理设计的全数字锁相环的数学模型,并且通过仿真分析发现在不同的PI参数的作用下,锁相环的锁相速度与锁相精度不同,因此增加了一个分段参数选择模块,大大提升了锁相速度与锁相精度,然后基于Altera EP4CE10系列FPGA实现了全数字锁相环。最后,以全数字锁相环为基础,设计了相位采集模块,起始激励模块,系统保护模块,死区处理模块等,采用Verilog编程实现了频率跟踪控制系统。通过Modelsim软件仿真验证,符合预期的设想。最后将高频电源硬件电路与频率跟踪控制系统结合起来,并加上收发线圈与负载,组成了全数字控制的无线传能系统。通过系统实验验证了本系统可以正常工作,并且验证了本控制系统可以解决系统由于失谐导致的,传输效率下降,能量不稳定等问题,并且可以稳定工作。