无线电能传输(WPT)技术凭借其灵活方便、维护简单、高可靠性与环境适应性,正受到广泛的关注与研究。但实际场合中原副边的偏移往往不可避免,这会导致输出电压和能量传输效率明显恶化,这一缺陷严重阻碍了WPT系统的进一步发展。因此有必要从两方面着手共同推进WPT系统抗偏移性能的提高:一方面要减小耦合系数随偏移距离增加的下降速度;另一方面要通过闭环设计使得耦合系数变化时,系统仍能够平稳地传输能量。本文首先从磁耦合结构出发,采用了扁平螺线管磁耦合结构,并从磁力线角度详细阐述了其优异抗偏移性能的两大原因,并进一步简化磁芯,确定了分立式扁平螺线管的结构;其次,利用控制变量的方法,提出了强抗偏移磁耦合结构的参数优化方法,得到给定约束下的最佳参数;仿真结果表明,所采用的磁耦合结构在水平与竖直方向上的抗偏移性能远优于其他传统抗偏移结构。由于存在严重的漏磁,WPT系统并不能采用传统的变压器模型,因此本文从磁通角度出发推导漏感与互感两种等效模型,并提出基于漏感补偿的S/S拓扑,以达到高效恒压输出且易实现软开关的目的。本文利用基波分析法推导了该拓扑下的电压增益,并对输入阻抗角、谐波与器件应力等特性进行了深入分析;最后仿真了系统电压增益与输入阻抗角的频率特性曲线,确定了各参数的设计值与频率变化范围。基于S/S补偿拓扑的频率特性分析,作者发现在偏移时可通过将工作频率调整成漏感谐振频率实现输出恒压的目的,因此提出基于调频控制的高效强抗偏移WPT系统方案与数字闭环控制程序,其中采用蓝牙实现原副边的数据传输。为了进行闭环控制设计,本文首次引入扩展描述函数(EDF)法对WPT系统进行精确建模,得到其小信号等效模型与传递函数;基于闭环控制系统框图进行了补偿环节的设计,确定了III型补偿器及相关参数使得系统在偏移范围内都能实现稳定;之后本文对模拟补偿环节进行离散化以实现系统的数字PI控制。最后,本文基于理论分析,搭建了输出功率为200 W的仿真模型,当气隙为40 mm、自身长宽为206 mm×200 mm的情况下,实现了横向、纵向和竖直各220 mm,80 mm和70 mm的抗偏移性能,效率高达96.59%。