自由活塞斯特林直线发电系统通过将自由活塞斯特林发动机（Free piston stirling engine,FPSE）的动力活塞与直线电机的动子机械耦合，实现各式热能到电能的直接转化，在空间电源、生物质能发电、太阳能热发电、工厂余废热发电和热电联产等领域已有应用。本文为解决自由活塞斯特林直线发电系统输出电能波动大和系统自起动的问题，采用三相AC/DC和双向DC/DC结合的两级电能变换控制方式，使发电系统输出稳定直流电。借助两级电能变换拓扑的能量双向流动特性，采用电流-位移双闭环控制实现发电系统的自起动。
　　首先，建立了发电系统中起热-机能量转换作用的自由活塞斯特林发动机的非线性数学模型和起机-电能量转换作用的三相永磁直线电机线性数学模型，在Matlab/Simulink上完成了模型搭建及仿真工作。发电系统起动阶段采用电流-位移双闭环的控制策略，针对动子位移呈正弦的特点，为提高频率和位移跟踪性能，采用PR（比例-谐振）控制器代替传统位置环中的PI控制器，并完成了相应仿真验证；
　　其次，发电系统的整流（逆变）部分采用三相半桥拓扑，针对直线发电机输出电压的变频和变幅值特性，为实现发电机的单位功率因数控制和直流侧电压的稳定可控，提出将具备高鲁棒性和动态响应的滞环SVPWM电流控制策略应用于整流环节。详述了该控制策略的原理及实现方式，完成了三相电压源型整流器(Voltage source rectifier,VSR)的建模及关键储能元件电感、电容的设计，仿真验证了所设计三相VSR的性能；
　　再次，发电系统的双向DC/DC变换部分，主电路采用非隔离型双向Buck/Boost拓扑，完成了主电路中关键储能元件电感、电容和开关器件的选型设计，针对变换器的两种工作模式利用状态空间平均法分别建立了相应模式的小信号模型，并在此基础上完成变换器电流-电压双闭环控制策略中控制器的设计及仿真验证工作；
　　最后，搭建了模拟自由活塞斯特林发动机的测试平台，完成以TMS320F28335为主控核心的控制系统硬件设计调试和软件编写工作，在实验平台测试了系统发电阶段AC/DC和DC/DC两部分变换器的性能，结合实验和仿真结果验证了所用拓扑结构和控制策略的可行性及准确性。