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自由活塞式斯特林发电机是一种性能优越的空间电源,其可靠性高和寿命较长的特点有助于提高探测器的安全性和最大巡游半径。空间斯特林发电技术的研究对新能源开发利用、提高探测器性能和空间电源技术应用水平具有重要研究价值。首先,根据自由活塞式斯特林发动机(FPSE)工作原理,采用等温分析方法建立其运动方程,对其采用线性动力学方法得到FPSE频域线性模型方程,经过推导分析得出了振荡频率、活塞幅值比、活塞相位差、机械功率输出表达式和FPSE起振、稳定运行的判别条件,并对FPSE性能参数及动态行为过程进行仿真验证。其次,由直线发电机工作原理,对直线发电机单位内功率因数控制方法进行研究。对FPSE单相直线发电机串联调谐电容矫正控制、虚拟坐标变换前馈解耦矢量控制原理进行分析,并建立Simulink模型对其进行仿真验证;对三相直线发电机直接电流前馈解耦控制原理及其模型进行分析,并建立Simulink仿真模型对其进行验证,为后续实验提供参考依据。再次,对三相圆筒型错齿结构横向磁通永磁直线发电机(TST-TFPMLG)原理进行分析,结合控制器与实验平台实际,介绍了控制器硬件功能;采用模块化编程方法对单位内功率因数控制算法主程序、功能模块程序以及中断服务程序进行C语言编程。整合控制系统各硬件和软件,对单位内功率因数控制系统进行综合调试。最后,进行三相TST-TFPMLG单位内功率因数控制实验。实验之前搭建控制系统实验平台,首先对发电机串联调谐电容矫正控制方法进行实验,然后对振荡原动机机械频率为10Hz、20Hz时分别进行有源内功率因数控制实验。通过实验及数据分析,得出了控制器向TST-TFPMLG提供无功,有功功率输出都增大的结论。