无线电能传输技术(Wireless Power Transfer,WPT)以其便利性和安全性,在电动汽车、高压线路监测设备、无尾家电、无线传感器网络、植入式医疗器械、油气井与水下电气设备等领域中应用广泛。然而,在为这些设备进行无线供电的过程中,用电设备不同控制回路之间会存在扰动和耦合干扰问题,导致系统的输出电流,电压以及零电压切换(Zero-Voltage-Switching,ZVS)角也不可避免的偏离出给定的预期值与动态性能指标,这为系统的高效稳定运行带来了挑战。本文以多变量WPT系统为研究对象,首先,通过分别建立相应地控制回路动态数学模型,分析和设计了系统的输出电压反馈控制器以及ZVS角反馈控制器,实现了系统对输出电流/电压以及ZVS角的反馈控制;然后,在多变量WPT系统的应用场景下,分析了不同控制回路之间的耦合干扰,提出了解耦补偿器的设计方法,实现了多变量WPT系统解耦补偿控制;最后,利用空间坐标变换法,实现了系统非线性模型的精确线性化,设计了非线性控制器,提升和优化了系统在扰动和工作点偏移时的动态性能。本文的具体工作如下:(1)为了实现多变量WPT系统的反馈控制,本文分别设计了系统的输出电压和ZVS角反馈控制器。一方面,在对系统输出电压的控制中,针对系统在建模分析和控制器设计过程中遇到的模型高阶与无线通信延时的问题,本文分别采用状态空间均衡实现技术和等效离散延时环节对动态模型进行了降阶和等效。通过分析离散模型的动态性能,设计了系统输出电压反馈控制器。另一方面,在对系统ZVS角的控制中,为了分析WPT系统在负载扰动下ZVS角的动态性能,本文还建立了能描述ZVS角的非线性动态模型并对其进行了小信号线性化和降阶。由于模型主导极点在s平面内的位置决定了反馈控制系统的动态性能,因此,根据需求的动态性能指标,本文对含控制器的闭环模型的主导极点进行了配置,设计了系统ZVS角反馈控制器的参数。在实验过程中,通过阶跃改变负载的阻抗,分别验证了设计的多变量WPT系统控制器的动态性能,实现了系统对输出电压和ZVS角的反馈控制。(2)为了克服多变量WPT系统在运行过程中输出电流/电压控制回路与ZVS角控制回路之间的耦合干扰问题,本文提出了解耦补偿控制方法。以WPT系统在电动汽车无线充电中的应用为例,分别建立了系统在恒流和恒压模式下,以系统逆变器直流输入电压和运行频率为输入,以系统输出电流/电压以及ZVS角为输出的多变量动态非线性模型。通过对上述非线性模型进行小信号线性化,分析了慢跑鞋在给点工作点附件的相对增益,设计了前馈解耦补偿器。最后,根据需求的动态性能指标分别设计了系统输出电流/电压以及ZVS角反馈控制器的参数,并结合解耦补偿器实现了多变量WPT系统的恒流恒压解耦补偿控制。(3)在对多变量WPT系统进行控制器设计过程中,由于每个控制回路的反馈控制器都是基于小信号线性化模型而设计的,这会导致WPT系统的控制性能在工作点偏移时发生波动。因此,本文提出了应用仿射非线性理论的WPT系统精确线性化和非线性控制器设计方法。通过在不同谐振状态下对WPT系统接收端映射阻抗进行等效,本文进一步对系统的电路进行了等效,建立了一个低阶的仿射非线性模型。在验证该模型具备精确线性化的条件之后,利用积分曲线求解了模型线性化的空间坐标映射规律,实现了非线性模型的精确线性化。最后,通过设计等效线性模型的输出反馈控制器,并利用空间坐标反映射规律,得到了多变量WPT系统的非线性控制器。仿真分析和实验验证均证明了非线性控制器在系统工作点发生偏移时依然能保持较好的动态性能。