由于环境污染与能源安全问题,自由活塞发电机作为新型增程器受关注度越来越高。它是自由活塞式内燃机与直线电机串联耦合的动力装置,自由活塞内燃机将可燃混合气的化学能转换为动子组件的动能,直线电机将动子组件动能转换为电能输出到负载。与传统往复式发动机相比,自由活塞发电机去除了曲柄连杆等机械结构,活塞与直线电机动子直接固定连接组成动子组件。自由活塞发电机结构简单,成本相比传统动力装置较低。此外,由于曲轴连杆被取消,活塞与气缸壁之间没有侧向力,整体摩擦损失较小。动子组件自由运动,意味着自由活塞内燃机每个循环的上止点可调,可以根据负荷调节压缩比,增大系统热效率。缸内直喷喷油器以较高压力喷射燃油,油气混合程度高,系统热效率也会有较大提升。本文以课题组之前设计组装的自由活塞发电机为研究对象。首先根据自由活塞发电机的控制需求设计控制系统硬件,包括选择高性能与大存储量的嵌入式控制器,设计位移信号的滤波模块与点火驱动模块等。然后,对自由活塞发电机一维Simulink建模。以动力学分析为基础,搭建直线电机电磁力模型、气缸压力模型、整机摩擦力模型、状态切换模型、动力特性模型,提出了基于直线电机电磁力辅助运行的控制策略,并在一维模型上进行了仿真验证。根据控制策略,利用LabVIEW编写了系统的控制程序。最后,在样机上利用控制系统进行了位移测试、启动电磁力测试、喷油压力测试、定喷油量测试等实验。结果表明,根据缸内压力峰值和循环波动性分析,样机的启动过程电磁力在100N时最佳;喷油压力越大,气缸内燃烧越充分,自由活塞发电机正常运行的循环波动性越小;定喷油量运行时,进气量循环波动变大,失火更严重,燃烧循环波动性增大。