液压自由活塞发动机(Hydraulc Free Piston Engine, HFPE)是近年来迅速发展起来的一种新型动力源。它将内燃机技术、液压技术、微电子技术、控制技术集中于一体,并具有潜在的节能、环保、高度的柔性布置和燃料的适应性强等优势。本文的研究对象是单活塞式液压自由活塞发动机(Single Hydraulic Free Piston Engine,简称SHFPE),它是一种具有单活塞组件、单动力燃烧腔和单独的压缩回复系统并由多种过程耦合作用下进行工作的新型液压发动机。由于它是多种技术的集合体,所以在工作过程中对控制系统的要求相对较高,因此本文主要对SHFPE进行系统仿真并重点研究它的动态特性和控制系统。本文的研究工作主要包括：发动机液压系统的建模与仿真、频率控制阀的设计、关键液压元件的建模与仿真、发动机控制系统的研究。本文首先介绍SHFPE的工作原理,分析其结构的特点,并结合以上原理和特点,建立发动机的控制系统。根据SHFPE基本结构和原理,建立了它的数学模型,在AMESim中建立它的液压模型,并进行了工作过程的动态特性仿真,研究了活塞组件的动态特性并分析了单周期和多周期液压腔压力和流量变化特性。研究结果表明,由于没有曲柄连杆机构,SHFPE的活塞行程规律与曲柄发动机存在显著的差异,液压自由活塞发动机活塞关于上止点运动呈现不对称性特征,能量传递特征和活塞受力特征决定了该不对称性是固有的。发动机系统活塞组件的往复运动不仅会带动液压腔的流量出现周期性的变化也会使液压腔的压力呈周期性的波动,而且因各个腔的活塞受力面积的不同所以造成流量的最大值不同。SHFPE中的关键液压元件主要包括频率控制阀和配流阀,其中频率控制阀采用先导阀为大、小流量电磁阀并联形式的三级阀结构,配流阀采用插装式锥阀结构。建立频率控制阀和配流阀的液压仿真模型并得出它们的流量特性和时间响应特性。研究结果表明,提出的三级频率阀符合系统的大流量、高响应的工作要求。配流阀的流量特性和时间响应特性都与活塞组件运动有相应的关系。上述结论为所研究液压自由活塞发动机原理样机的设计和开发提供了理论基础和实际的意义。