自由活塞发电机(Free Poston Linear Generator,FPLG,以下称FPLG)是一款新型动力单元,由自由活塞发动机和直线电机直接耦合而成。它具有结构简单,效率高,适应燃料多的优点。由于取消了曲柄连杆机构,活塞的运动过于“自由”,导致FPLG有稳定性的问题。因此,活塞的位置控制是实现自由活塞发电机稳定运行的关键。本文以二冲程双活塞式缸内直喷FPLG为研究对象,基于Simulink软件建立了机械-流体-电控耦合系统模型,并用GT-Power对流体部分模型进行验证。针对FPLG的非稳定状态完善了换气模型和缸内工质热力学模型。通过这个模型分析FPLG的运行规律以及各项参数对FPLG运行状态的影响,并着重研究了发电机运行中换气,燃烧过程的不稳定情况,及其对FPLG运行状态的影响。对影响FPLG稳定性的因素进行了深入分析,在此基础上设计了主动载荷控制策略,并与FPLG模型进行联合仿真,验证其可行性。达到了明显的效果。在建模仿真的基础上,本文对FPLG的样机进行试制,对直线电机和气缸活塞、喷油嘴、火花塞等零件进行选型采购,并设计了气缸盖、连杆、气缸底座、气缸支座等零部件,针对压缩比设置及各零件之间的配合、气密性、活塞限位等问题模型进行修改完善,为之后的实验做好基础。