摘要
无人机作为一种侦察、航拍、运输等功能的智能化设备被广泛应用于军事、民用、工业等多个领域，但是无人机的续航能力不足成为近些年来无人机技术发展需要解决的关键性问题。无线充电技术的兴起为无人机电池充电开辟了一条新的道路，其安全、灵活、可靠的特性受到国内外广大学者和产业界的关注。目前，无人机无线充电系统主要存在耦合线圈机构抗偏移能力弱、补偿电路参数设计不灵活以及无人机定点降落位置偏差等问题，从而导致系统传输效率严重下降。因此，本文基于四旋翼无人机无线充电系统，针对无线充电系统耦合线圈机构、无线充电系统补偿电路、无人机定点降落控制算法三个方面来开展研究，具体研究如下： 1.针对无人机无线充电系统的耦合线圈机构，采用ANSYSMaxwell有限元仿真软件建立线圈模型，研究分析对称式线圈不同形状的磁耦合特性；根据无人机机载端尺寸限制以及偏移能力的要求，研究不对称式线圈结构对匝数、互感、耦合系数、偏移能力的影响，提出了一种不对称线圈磁耦合机构。 2.建立典型的S-S补偿拓扑和双边LCC补偿拓扑的等效电路模型，优化设计出高自由度、参数设计灵活的双边LCC补偿电路；提出一种调整补偿电容参数实现软开关的方法，采用MATLAB建立双边LCC电路模型，研究电路补偿电容参数对系统相位差的影响，优化设计谐振元件参数来提高无线充电系统的传输效率。 3.提出无人机定点降落的滑模变结构控制策略，与传统PID控制（proportional-integral-derivativecontrol）在位置、角度和定点降落控制上进行仿真实验对比，验证了滑模变结构控制的有效性，为无人机的定点降落位置偏差控制提供了一种新的思路。 4.搭建了基于双边LCC补偿电路的无线充电实验测试平台，测试结果表明无人机无线充电系统平台可实现输出功率为102.4W的电能传输，传输效率为81.3%，同时测试分析了不对称耦合线圈水平和垂直方向偏移对传输效率的影响。
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