无线电能传输是集成了电磁场、电力电子技术、物理学、材料学、电路、现代控制理论等多学科强交叉的研究领域,可以有效克服传统供电存在的灵活性差、环境不美观、容易产生接触火花、供电线暴露等问题,消除了传统供电方式存在的安全隐患问题,使电能传输更加灵活安全。无线电能传输在电动汽车、航空航天、军事、油田矿井、水下作业、家用电器和医疗器械等领域有广泛的应用前景。无线电能传输系统是典型的多参数、易失谐系统,在发展的过程中还存在着以下问题:系统结构参数变化会导致传输效率和性能降低,磁耦合谐振系统建模分析复杂、准确性低,耦合变化导致传输效率降低和频率分裂现象,失谐和阻抗匹配影响功率传输和效率,发射和接收端难于双边协同控制,特别是负载动态变化时导致传输效率降低等。为了解决上述问题,本文主要围绕以下几个方面展开研究工作:（1）基于电路映射理论研究不同耦合模式的传输机理与特性,通过仿真分析磁场分布规律,得到系统结构和参数变化对传输特性带来的影响,在此基础上提出了基于双模式协同工作的系统结构优化新方法,可以在不同的应用条件时切换系统结构,从而提高无线电能传输系统的应用范围。（2）使用散射矩阵研究系统的谐振和能量传输特性,给出分析电磁耦合效率的方法。提出了系统的广义耦合矩阵模型和通过外部耦合阻抗变换网络实现阻抗匹配的新方法。通过设计系统临界耦合系数对广义耦合矩阵模型进行优化,并将模型扩展应用到任意（N+M）网络的多耦合无线电能传输系统。（3）在建立错位耦合磁场和互感模型的基础上,通过仿真分析,研究了横向错位和角度错位的空间磁场分布与互感特性,提炼出发射和接收端空间位置变化对系统传输效率的影响因素和规律。提出了利用接收线圈角度旋转的错位耦合动态优化方法,消除了线圈在空间位置发生动态变化时产生的传输死区。（4）研究了不同谐振补偿匹配拓扑的耦合系数和负载对电压增益、电流增益和传输效率的影响,提出了通过最优负载系数和临界耦合因数优化LCC谐振补偿结构传输效率的方法。研究不同补偿拓扑的零相位角（ZPA）条件和与负载无关的输出特性,通过仿真分析归纳出补偿拓扑对于传输特性的影响效果,为设计无线电能传输系统的控制方案提供了一个新的分析思路。（5）提出了一种基于双侧LCC补偿的负载估算与功率跟踪集成控制策略。根据映射阻抗原理,通过检测逆变器输出电流在发射端进行负载估算、模式判断。设计了控制器,通过相移控制逆变器输出功率,以实现蓄电池的恒定电流、恒定功率和恒定电压充电。在接收端调节Buck-Boost变换器进行负载和去耦合控制,为发射端提供标准负载和模式转换标志。通过仿真结果验证了所提出的控制策略的正确性,能够动态地改变电源输出功率以适应负载需要。（6）研制了用于本文控制策略的无线电能传输实验系统,设计了逆变器零电压开关（ZVS）运行参数。通过实验验证了本文提出的理论研究成果及控制策略的可行性和优越性。