小型无人机因操作简单、价格低廉的优点在遥感监测、抢险救灾、安全巡检等领域被广泛应用,当前普遍使用的接触式充电方式充电效率较高、成本低,但对充电环境要求高,且在插拔时易产生电火花,存在安全隐患,而在非接触情况下为无人机提供电能补给的无线充电方式,能够摆脱机械连接束缚,在无人值守的场合更安全、灵活,具有广阔的应用前景。然而,由于小型无人机形状独特、体积较小、搭载能力有限,对耦合机构设计要求高;并且其工作环境特殊,存在因负载、耦合参数变化等情况导致充电电流波动的问题,严重影响了无线充电系统的可靠性。因此,本文从谐振补偿结构、耦合装置设计和系统控制等方面对小型无人机磁耦合谐振式无线电能传输技术展开研究,使无人机在出现小范围错位、谐振参数偏移、负载变化等问题时依旧能够高效稳定地充电,具体研究工作如下:首先,本文研究了磁耦合谐振式无线充电理论,采用集总参数电路法对补偿拓扑进行建模并分析其结构特性。在此基础上将具有发射线圈恒流和高效率的LCC-S型补偿拓扑用于小型无人机无线充电系统,得到系统输出电流、传输效率表达式并分析负载、耦合系数变化对系统传输特性的影响,进而分析实际中影响无人机充电性能的因素。其次,根据小型无人机的特点,在分析发射装置和接收装置磁场分布的基础上,提出了一种发射端为凹型的新型正交耦合装置,建立该装置的磁场结构模型,使用参数扫描法完成耦合机构的参数优化设计。利用ANSYS有限元软件对所设计的新型正交耦合装置磁场分布情况和抗偏移能力进行仿真分析,结果表明,新型正交耦合装置可以更好的将磁场聚集在接收线圈,耦合系数更高,具有良好的抗单维度、多维度偏移的能力。然后,根据小型无人机无线充电系统对充电可靠性的要求,提出了一种基于模型预测算法和梯度下降法的双边协同恒流控制策略,副边基于模型预测算法控制Buck电路占空比,原边基于梯度下降法控制逆变器的占空比和输入电压,使系统在恒流输出的同时提高了传输效率。利用MATLAB对所提出控制策略进行建模和仿真,验证了其有效性和可行性。最后,设计了无人机无线充电实验平台并进行实验测试,实验结果表明,本次提出的新型正交耦合机构相比于双极型耦合机构抗偏移能力更强,可以提高在无人机错位时的传输效率;基于模型预测算法和梯度下降法的双边协同控制策略能够在负载和耦合系数的变化下快速实现3A恒流输出的同时提高了系统工作效率。