自由活塞发动机,压缩比连续可变,能够实现较传统内燃机更高效、清洁的燃烧。在能源日趋紧张、环保要求日益严格的今天,自由活塞发动机具有良好的发展前景。目前,国内外对自由活塞发动机的研究方兴未艾。以储存和输出能量方式划分,自由活塞发动机有液压式和磁电式两种。磁电式自由活塞发动机将燃料的化学能转化为电能输出;液压式自由活塞发动机将燃料化学能转化为液压势能输出输,驱动液压马达,变为转动机械能输出。本文的研究对象是对置活塞式液压自由活塞发动机系统,该对置式液压自由活塞发动机,采用直流扫气方式,残余废气系数较小。研究工作主要包括电磁阀液力参数和电磁参数的优化,液压自由活塞发动机系统建模仿真,液压自由活塞发动机控制策略建模,以及控制策略模型的仿真研究和鲁棒分析等。在前期快速大流量电磁阀样机实验研究的基础上,改进了电磁阀的功能,用高压大流量电磁阀和小流量电磁阀的组合来代替原方案中的快速大流量电磁阀,高压小电磁阀负责及时泄载电磁阀组两端压力差,大电磁阀负责大流量的高压油的流通,因此兼顾了高压、快速响应和大流量的需求;通过仿真计算,进一步优化了电磁阀的液路参数和磁路参数,优化后的电磁阀,理论上电磁力较原方案提升了44.6%,因此可大幅度提升电磁阀的响应速度。将电磁阀仿真模型、发动机燃烧模型、扫气箱仿真模型、液压系统模型联合在一起,搭建了HFPE发动机的AMESim模型。研究表明:在不计活塞组件的阻尼的情况下,双活塞式HFPE系统的最高液压效率可达98.9%。针对HFPE活塞行程控制及工作不稳定性的难题,提出了基于二自由度PI反馈控制和发动机状态预测的前馈控制策略,建立了Matlab和AMEsim的联合仿真模型,仿真结果表明:利用本文所提出的控制策略,可以实现对置活塞式HFPE发动机的连续稳定运行,并证明该控制策略具有较好的鲁棒性。上述结论对未来的HFPE实际样机的开发和控制策略的制定具有重要的指导意义。