随着经济发展速度的不断加快,无人机作为全球新一轮科技产业革命的核心与热点,逐渐成为中国经济增长的新动力。无线电能传输技术的兴起为无人机续航提供了一种理想的解决方案,有效解决了无人机无法远距离长时间飞行的问题,是推动无人机工业无人化、智能化的关键一环。针对带锂电池负载的无人机无线充电系统轻量化、大偏移容忍度以及恒流-恒压分段式充电需求,提出基于宇称时间对称的无线电能传输系统,建立耦合模模型与电路模型,详细研究了系统传输特性,并在此基础上提出了一种无需双端通信与接收端控制的恒流-恒压输出控制方法。本文的主要内容如下:首先阐述了宇称时间对称原理,建立了基于宇称时间对称的SS型磁耦合谐振式无线电能传输系统耦合模模型与电路模型,详细分析了系统的宇称时间对称条件、传输特性、频率特性,并指出其与SS型磁耦合谐振式无线电能传输系统的本质区别。阐述了负电阻的构造方法,总结了它的几种实现形式。其次利用有限元仿真软件Maxwell进行了拾取端磁耦合机构设计,在保证拾取端轻量化的同时,尽量提高线圈的耦合系数,从而提高宇称时间对称无线电能传输系统的工作范围,减小耦合机构对无人机自身设备的电磁干扰,提高拾取端结构的适配性。接着针对SS型磁耦合无线电能传输系统,根据电路模型的传输特性分析结果,提出了基于宇称时间对称的原边控制方法,该控制方法包括两部分:一是发射端逆变器控制,通过跟踪系统分岔频率,使系统在过耦合区域具有与耦合系数无关的传输特性;二是Buck变换器闭环调节控制,根据负载识别与输出电流、输出电压估计结果,自动调整Buck变换器输出电压,进而实现锂电池恒流-恒压充电控制。通过Psim搭建系统电路闭环控制仿真模型,初步验证了控制方法的合理性和可行性。最后搭建了基于宇称时间对称的无人机无线充电样机,进行实验分析与验证。实验结果表明,本文所提控制方法能够实现锂电池恒流-恒压分段式充电控制,并且系统具有很强的抗偏移特性,可以在错位120mm的范围内对65W无人机实现1C快充,最高充电效率接近90%,验证了该控制方法的可行性与有效性。