海洋蕴含着丰富的自然资源,人们越来越重视海洋资源的开发和利用。作为海洋勘测的重要工具,自主水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle,AUV）得到了广泛应用。然而AUV的动力电池能量有限,这限制了其续航能力。与传统插拔连接器的供电方式相比,无线电能传输技术（Wireless Power Transmission,WPT）不存在金属插件的接触,没有短路的风险,提高了充电的安全性和可靠性,有望解决AUV续航能力不足的问题。为此,本文从电磁耦合机构、谐振补偿网络和闭环控制系统三个方面,设计了适用于AUV的无线充电系统。设计了适用于AUV的电磁耦合机构。针对AUV特殊的圆弧外形并且容易受到海水流动影响的特点,本文提出了一种基于E形磁芯的电磁耦合机构。利用等效电路模型,对其进行结构与参数的优化设计,利用COMSOL对该耦合结构进行了仿真分析,仿真结果表明该耦合机构具有耦合系数高、抗偏移能力强、磁场收敛效果好等优势。利用麦克斯韦方程组分析了海水中的涡流损耗,利用COMSOL对涡流损耗进行了仿真分析。研究了适合水下无线电能传输（Underwater Wireless Power Transmission,UWPT）系统的补偿网络。与传统的补偿网络相比,LC/S补偿网络的输出电压与负载电阻、工作频率无关,可以保持恒定的输出电压,实现供电的稳定性。使用互感电路模型、稳态模型和小信号模型对该拓扑结构进行了建模。考虑空气和海水电气特性的不同,分析了海水对系统的影响,由于匝间电容的存在,UWPT系统的工作频率不宜过高。设计了用于锂电池充电的闭环控制系统。本文采用双向DC/DC电路,使得AUV可以通过充电桩获取能量,同时在特殊情况也可以成为应急电源,为其他设备供电。建立了双向DC/DC电路的模型,在PID控制的基础上,增加了模型预测控制,设计了可以观测输入电压和负载电阻的Luenberger观测器。搭建了水下无线充电系统的实验平台。首先制作了用于闭环控制系统的硬件电路,利用DSP对电流和电压进行了闭环控制,并测试了闭环控制电路的性能。对所提出的水下无线充电系统分别进行了开环实验和闭环实验,开环实验表明该耦合机构的最大传输功率可以达到120W以上,效率超过95%,当出现轴向错位和旋转错位时,在规定的范围内系统的输出电压变化范围不超过15%,说明系统具有一定的抗扰动能力;闭环实验表明本文设计的无线充电系统可以完成正常的充电功能,闭环系统的效率可以达到90%以上,当出现轴向错位和旋转错位时,充电电流和充电电压可以保持不变。