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近年来，无线电能传输技术取得了长足发展，它的应用领域已经逐渐延伸到各类消费类电子产品甚至高功率的电动汽车当中。这些无线充电系统一般由交流电源，耦合线圈，整流器，能量管理电路及最终负载组成。在这样一个复杂的电路系统中，需要进行电路级和系统级的分析与优化才能提高整个系统的传输特性。本论文主要是针对兆赫兹系统展开，保证能量在低耦合的情况下传输，从而提高的系统的空间自由度，这样的高频系统尤其适合一对多同时充电。但是高频率也对系统中交直流转换电路设计与系统稳定性提出了很大的挑战。同时，实际工作中的无线电能传输系统需要面对多种类型的扰动及系统不确定性，主要包括，负载，耦合情况，及接收器数量的改变。因此，系统的传输能力需要通过一个稳定的闭环反馈系统来保证。本论文就是为应对以上挑战，对一个一般化的无线电能传输系统进行了全面的建模，分析，并设计了适用与不同应用场合的控制方法。 本论文的研究重点是无线电能传输的建模，分析与控制，通过理论推导来指导实际系统的设计与优化，并最终完成整套硬件系统的搭建。根据不同的实际应用情况，论文针对了一对一充电及一对多充电这两种不同架构开展研究。在一对一架构下，研究首先围绕了使用标准射频源电源的系统，通过系统级的分析与设计，讨论了系统的负载效应，并提出了通过最优负载控制实现最优效率跟踪的控制方法。在负载控制的基础上，论文进一步提出了使用超级电容及E类功率放大器的系统构架，通过开关控制来实现系统在大负载变动范围下的快速响应。基于一对一系统的分析，论文将研究逐步向一对多系统扩展。研究的重点首先是一对多耦合系统的特性分析，分别针对接收线圈有无交叉耦合的情况进行的独立的研究。在无交叉耦合下，论文理论推导了线圈效率最优化的条件，分析了功率在一对多线圈上的分配机理与线圈的输入阻抗。在此基础上，论文进一步分析了交叉耦合对系统效率，功率分配及输入阻抗的影响，并提出了交叉耦合的补偿机制。论文最后将一对一系统中的负载控制与一对多线圈模型相结合，设计了适合一对多实际系统的充电策略，该策略在实现每个接收器恒压输出的同时也能实现全系统的效率最大化。