直线式自由活塞内燃发电机(Linear Free-piston Generator,LFPG)是一种新型动力装置,其特有的结构和运动特征使其具有燃料适应性强、压缩比可变、结构简单、能量转化效率高等优点,并使之成为了一种极具潜力的发电装置,可用于电动汽车和其他用电设备上。但在目前研究阶段,LFPG还存在难以进行活塞运动控制、易撞缸和失火等问题。因此进行LFPG稳定运行控制策略研究对其进一步发展和应有具有重要意义。本文提出一种基于LFPG载荷变化的稳定运行控制策略,并通过理论分析和仿真计算验证了该种方案的可行性。本文从LFPG的动力学方程入手,搭建了 LFPG全周期SIMULINK仿真模型,利用该模型分析了 LFPG系统在标准稳定运行状态下的基本运行性能,以及喷油量、载荷系数两个重要参数对其性能的影响。随后,从能量平衡的角度得出系统稳定运行的条件,以喷油量变化(表现为Oin的变化)作为LFPG系统失稳的干扰因素,以稳定压缩比为控制目标,提出通过改变载荷系数(改变回路总阻值)的方式对LFPG系统的受力和能量分配进行调控,从而达到标准稳定运行状态。在非停机失稳和停机失稳工况下,本文研究了载荷跟随控制策略作用下的LFPG系统运行性能,验证了上述控制策略的可行性,并进一步对控制器进行了参数优化研究。研究发现,当LFPG系统处于标准稳定运行工况时,单个循环输入系统的能量Qin为271J左右,而载荷系数ce为260左右。当LFPG系统处于非停机失稳(Oin不小于253J且不等于271J时)和停机失稳(Oin小于253J)时,应用载荷跟随控制策略均能使LFPG系统达到标准稳定运行状态。非停机失稳下,干扰量越大,LFPG系统达到标准稳定运行状态需要的时间越长,并且需要越大的载荷阻力。在停机失稳时,LFPG受到的干扰量越大系统越快停机,而在加入控制模块的情况下,系统达到标准稳定运行状态需要的时间越长。总的来说,LFPG中燃料燃烧过程中爆发的能量越少,缸内气体压力越不足以推动活塞的运动,因此需要更大程度地减小载荷回路的总阻值;而当Qin的值越大时,LFPG系统回复到标准稳定运行状态时,系统运行周期越短,能量输出频率越高,活塞组件速度峰值越大。此外,控制器系数(kP、kI)的选择对LFPG运行性能有明显影响。随着控制器比例系数kP逐渐增大,实测循环压缩比振荡幅度越小,振荡次数越多;但磁电载荷阻力的振荡越剧烈,振荡初期幅值增大,到达峰值的时间也缩短;活塞在调整期内拥有更快的平均速度,使得组件运动相同的距离所消耗的时间更少,位移曲线的振荡频率越高。LFPG的压缩比曲线振荡次数随积分系数值的变化呈现出一定的极值特性,但曲线振荡幅度随kI增大而增大。积分系数的减小令载荷阻力、运动速度的振荡幅值变化量更大,并且增长了活塞组件运动周期,在LFPG系统达到稳定运行状态后,运动曲线的滞后现象也一直存在。