CN100467848C - 自由活塞位置测定装置及控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种用于诸如液力压缩机的自由活塞的一种位置测定装置以及所述自由活塞的往复运动的一种控制装置，所述活塞与曲轴不作机械连接。一种自由活塞位置测定装置，其包括一放置于一包含一自由活塞的机壳中的磁性传感器以及一放置在该自由活塞上的磁铁。当该磁铁的位置距离该磁性传感器一预定距离内的时候，该磁性传感器产生脉冲。该自由活塞的行程可基于该脉冲持续时间来计算，而该平均活塞位置自设计的平均位置的偏移可基于该些脉冲之间的间隔来计算。

Description

自由活塞位置测定装置及控制装置

技术领域

本发明涉及一种诸如液力压缩机中的往复式活塞的自由活塞的位置的测定装置以及所述自由活塞的往复运动的控制装置，所述活塞与驱动装置如一曲轴不作机械连接。

背景技术

一种自由活塞机，其具有一不与一驱动曲轴作机械连接的往复式活塞。更确切地说，通常是使用一线性电动机或者一交流发电机来驱动或加载一在活塞缸中的自由活塞(诸如在参考文献1中所揭示的发明)。这些机器被实际应用作为气体压缩机、斯特林冷却器、斯特林发动机以及其它的自由活塞机。

因为该自由活塞不与一曲轴作机械连接，所以该自由活塞机自然地不能够对其自由活塞作绝对活塞位移控制。因此，为了要在避免噪音以及由超行程引起的可能损害的情况下获得最大的行程，就一定要不断地监测及控制其活塞运动。在这种应用中的一理想传感器应是非接触式的、没有可动部份以及无需安装在该自由活塞机的机壳或压力容器内。

迄今，在先有技术中，有人业已提出方法，在每一所述方法中，在一自由活塞上布置一永久磁铁以及在一活塞缸上布置一霍尔效应型传感器，并且通过该霍尔效应型传感器测量随该自由活塞移动的磁铁来测定该自由活塞的位置(参考文献2和参考文献3)。这些方法基于一种原理，即在一永久磁铁经过一磁性传感器的时候，该磁性传感器产生一波型输出信号，而在该永久磁铁与该磁性传感器最接近的时候，该波型输出信号会有一峰值。明确地说，在该波型信号的强度超过一额定容许值的时候，可输出一自由活塞位置信号。

参考文献1：US 4,602,174

参考文献2：JPA 1989-31002

参考文献3：JPA 2003-527591

然而，这些先有技术没有揭示如何探测一自由活塞的行程和该自由活塞的往复运动的平均位置的具体探测方法。大体上，要探测一自由活塞是否达到一预定的行程位置是有可能的，假如一磁性传感器这样布置以致于当该自由活塞达到一预定行程位置时，即在该最大行程位置时，一输出信号的强度会超过一设定值。不过，在这种方法中，为了控制该自由活塞的每一可变行程，就需要多个行程设定值和多个磁性传感器。尤其是，要连续不断地控制该自由活塞的可变行程在实际上是不可能的。况且，难以理解如何利用该些先有技术来探测该自由活塞的往复运动的平均位置。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种自由活塞位置测定装置，其可轻易地测定该在一自由活塞机中的自由活塞的每一行程和往复运动的平均位置，即使当该自由活塞行程有变化。本发明的第二目的在于提供一种自由活塞控制装置，其通过使用该自由活塞位置测定装置来控制该自由活塞的行程和往复运动的平均位置。

根据本发明的自由活塞位置测定装置，其包括一放置于一包含一自由活塞的机壳中的磁性传感器以及一放置在该机壳中往复移动的自由活塞上的磁铁。当该与该自由活塞往复移动的磁铁配置在距该磁性传感器一预定距离内的时候，该磁性传感器产生脉冲。该自由活塞的行程可基于该脉冲持续时间来计算，而该活塞的平均活塞位置自一设计的平均位置的偏移可基于该些脉冲之间的间隔来计算。

换句话说，根据本发明的自由活塞位置测定装置测定一在一自由活塞机中的自由活塞的行程和往复运动的平均位置，而且该测定装置包括一脉冲串产生装置和一自由活塞位置计算装置。该自由活塞机包括一包含一自由活塞的机壳以及一驱动该自由活塞的驱动装置。该自由活塞不与该驱动装置作机械连接。该脉冲串产生装置包括一放置在该自由活塞上的磁铁和一放置在该机壳上的磁性传感器。

当该自由活塞的位置在该自由活塞的往复运动的一设计中心的时候，该磁性传感器和磁铁在垂直于该自由活塞的往复运动的方向对齐。当该磁铁配置在距在该自由活塞的往复运动的方向的该磁性传感器一预定距离内的时候，该磁性传感器产生脉冲。该自由活塞位置计算装置包括该些脉冲持续时间、该些脉冲之间的间隔和该自由活塞的往复运动速度的测量装置。该自由活塞位置计算装置基于该些脉冲持续时间和该自由活塞的往复运动速度来计算该自由活塞的行程，然后基于该些脉冲之间的间隔、该自由活塞的计算行程和该自由活塞的往复运动速度来计算该自由活塞的往复运动的平均活塞位置自该自由活塞的一设计的平均活塞位置的偏移。

该磁性传感器最好是一霍尔效应型传感器。该自由活塞机最好是一斯特林型机器。该磁性传感器最好放置在该机壳的外表面上。

根据本发明的自由活塞控制装置控制一在一自由活塞机中的自由活塞的行程和往复运动的平均活塞位置。明确地说，该自由活塞控制装置把该自由活塞的实际行程值和往复运动的平均位置的实际偏移值与预定的给定值相比。然后，该自由活塞控制装置基于在该些实际值与该些预定的给定值之间的差来反馈控制该自由活塞的行程和往复运动的平均位置。

根据本发明的自由活塞控制装置包括以上所述的自由活塞位置测定装置和该自由活塞的一种往复运动控制装置。该往复运动控制装置包括一行程误差计算装置、一行程误差信号处理装置和一行程控制装置。该往复运动控制装置还包括一偏移误差计算装置、一偏移误差信号处理装置和一偏移控制装置。

该行程误差计算装置计算在该自由活塞的计算行程和其设计行程之间的偏差，并且把该偏差作为一行程误差信号来输出。该行程误差信号处理装置基于该行程误差信号产生一行程控制信号。该行程控制装置基于该行程控制信号控制该自由活塞的行程。

该偏移误差计算装置计算在该计算偏移值和一设计偏移值之间的偏差，然后把该偏差作为一偏移误差信号来输出。该偏移误差信号处理装置基于该偏移误差信号产生一偏移控制信号。该偏移控制装置基于该偏移控制信号控制该自由活塞的往复运动的平均活塞位置。

以上所述的“自由活塞机”指的是一种具有一往复移动且与一曲轴不作任何机械连接的自由活塞的机器，并且包括，例如，气体压缩机、斯特林发动机等等。“一包含一自由活塞的机壳”指的是，例如，一种内有一往复移动的自由活塞的活塞缸、一包含该活塞缸的机壳、或一压力容器。“一自由活塞驱动装置”指的是一种与该自由活塞没有作任何连接的自由活塞驱动装置，其包括，例如，气体压缩机或斯特林发动机的一种通过改变加载于该自由活塞的端面上的工作介质压力来引致该自由活塞的往复运动的装置、或斯特林冷却器的一种用线性电动机以电磁驱动一自由活塞的装置。

“一放置在一自由活塞上的磁铁”包括把该磁铁嵌入该自由活塞的外表面上的一种结构以及还包括把磁铁放置在一附着该自由活塞的支承件上的一种结构。“斯特林型机器”包括属于外燃发动机的斯特林发动机、或所谓的斯特林冷却器。“一自由活塞位置测定装置”和“一自由活塞控制装置”包括负反馈控制器，其控制一在一自由活塞机中的自由活塞的行程和往复运动的平均位置。

附图说明

图1所示为一根据本发明的包括一自由活塞位置测定装置和一自由活塞位置控制装置的斯特林发动机的横截面示意图。

图2所示为一显示一霍尔效应型传感器的电状态与该霍尔效应型传感器和一磁铁的相隔距离Z之间的关系的示意图。

图3所示为一用图表显示在脉冲持续时间和活塞行程之间的相反关系的示意图。

图4所示为一用图表显示在脉冲间隔和自由活塞的偏移之间的关系的示意图。

图5所示为一用图表显示在活塞往复运动、脉冲持续时间和脉冲间隔之间的关系的示意图。

图6所示为一显示自由活塞的一种控制方法的流程图。

根据本发明就可以获得以下的有利效果。本发明仅仅以一组磁性传感器和磁铁就可以测量一自由活塞的行程和偏移。这个优点是基于当放置在该自由活塞上的磁铁的磁通横过该在机壳上放置的磁性传感器时，该自由活塞位置测定装置产生脉冲，可基于该些脉冲持续时间计算该自由活塞的行程，然后可基于该些脉冲间隔计算该自由活塞的偏移。

由于该磁性传感器或该磁铁没有可动部份并且彼此互不接触，所以本发明简化了结构和在没有任何磨损下提高了使用寿命。此外，由于该磁性传感器放置在机壳外而无需把导线引出穿过机壳，这样就避免了额外成本和简化了结构。

使用霍尔效应型传感器作为一磁性传感器具有降低成本和方便设计的用途，因为霍尔效应型传感器被广泛使用和容易获得，而且其性能特征是完全公开的。

斯特林型机器大体在效率、无噪声和稳定性方面很优秀。这些特征在小型和低功率斯特林型机器中做得更优秀。当一根据本发明的自由活塞位置测定装置并入一用发电机把一自由活塞的往复运动转换成电能的斯特林发动机的时候，或者一用线性电动机以电磁驱动一自由活塞的斯特林冷却器的时候，其可避免该不与一曲轴作任何机械连接的自由活塞的超行程和往复运动的平均活塞位置的超位移。这种功能帮斯特林发动机或斯特林冷却器简化了结构和缩减了尺寸。

因为本发明使用一有效的反馈控制器，所以该自由活塞的往复运动在适当的条件下可以该简单结构来控制。在该反馈控制器中，该活塞位置测定装置和往复运动控制装置包括计算在该行程和偏移的测量值及设计值之间的偏差的电子电路，而该偏差会用于该自由活塞的反馈控制。尤其是，当一控制用的行程或偏移的目标值，例如，一最大的可容许值改变的时候，本发明可以轻易地跟随该新的目标值，也就是可以控制行程或偏移以致于不会超过该最大的可容许值。

具体实施方式

图1所示为一根据本发明的自由活塞位置测定装置以及一包括一往复运动控制装置的斯特林发动机的略图。首先，参照图1，说明该斯特林发动机的结构及功能。斯特林发动机本身是众所周知的。在该斯特林发动机中，一自由活塞3和一置换器2在一机壳4的活塞缸部份41和42中往复运动，而且它们的往复运动的方向是彼此相反。机壳4由可导磁材料制成，诸如奥氏体不锈钢。在该自由活塞3和该置换器2的中央，分别形成一轴孔31和一轴孔21。一在机壳4的一端固定的杆5***该些轴孔31和21。该自由活塞3和该置换器2通过使用该杆5作为往复运动的一中轴来往复移动。

一受热换热器8、一交流换热器9和一排热换热器10卷在一内含该置换器2的活塞缸部份42的外圆周上面。一在该机壳4的一顶部和该置换器2的一顶端之间的上空间43、一在该机壳4的一底部和该自由活塞3的一底端之间的下空间45和一在该置换器2的一底端和该自由活塞3的一顶端之间的中空间44分别成形。在该置换器2的轴洞21的一闭合端和该杆5的一顶端之间形成一弹簧空间22，而该弹簧空间22起一种气体弹簧的作用。一圆柱形支承件7与该自由活塞3的底端连接，而该永久磁铁61则与该圆柱形支承件7的底端连接。该电线圈62在面对该磁铁61的位置卷绕地排列。该永久磁铁61和该电线圈62构成一交流发电机6。该机壳4的内部充满作为工作介质的高压氦气。

以下将说明斯特林发动机的操作。来自一外部热源(图1未显示)的热通过该受热换热器8传到该上空间43，并且提高该空间43内的氦气温度和压力。于是，该中空间44的压力也被提高，因为该中空间44与该上空间43通过该受热换热器8、该交流换热器9和该排热换热器10传热。因此，该自由活塞3向下降低。在其时，在该置换器2中形成的弹簧空间22由于在该弹簧空间22的内压和该上空间43的压力之间的压差而缩小，所以，该置换器2移到较低位置。

当该自由活塞3向较低位置的移动完成之后，通过在弹簧空间22内的压缩气体的推斥力，该置换器2被推回较高位置和该上空间43内的氦气被转移到该中空间44内。在转移的时候，氦气的一部分热在该交流换热器9中积聚。然后，在该中空间44内的氦气的热通过该排热换热器10排出到外部，而且氦气的温度和压力下降。因此，该自由活塞3移到较高的位置。在其时，该弹簧空间22通过在该弹簧空间22内的压力和该上空间43的压力之间的压差而扩大，并且使该置换器2移到较高位置。

当该自由活塞3向较高位置的移动完成之后，通过弹簧空间22的推斥力，该置换器2被推回较低位置，而在该中空间44内的氦气移到该上空间43内。在其时，储存在该交流换热器9中的一部分热由氦气回收。这种热回收大大地提高了斯特林发动机的热效率。

概括地说，斯特林发动机自一外部热源接收热，消散一部份的热，剩余的热被转换为该自由活塞3的往复运动的能量，并且在最后通过该交流发电机6取得电能。当该往复运动在启动该发动机之后并不稳定的时候，该交流发电机6如一线性电动机般支援该往复运动。

如图6所示，该斯特林发动机包括一脉冲串产生装置1和一自由活塞位置计算装置100。该脉冲串产生装置1具有一放置在一与该自由活塞3连接的支承件7上的磁铁12和一放置在该机壳4的外表面上的霍尔效应型传感器11。当该自由活塞3位于其往复运动的一设计中心位置的时候，该霍尔效应型传感器11和磁铁12在垂直于该自由活塞3的往复运动的方向对齐。

接下来，将会参照图2来说明如何通过该脉冲串产生装置1产生脉冲串。这可基于一个众所周知的原理，即当电流经过该霍尔效应型传感器11的时候，该霍尔效应型传感器11产生方向垂直于磁通和电流的电动势。在本发明中，由于该自由活塞3和磁铁12一起往复移动，当自该磁铁12放出的磁通经过该霍尔效应型传感器11的时候，在该霍尔效应型传感器11中会产生电动势。电动势的强度与该磁铁12的磁通强度和该磁铁12的速度成比例。所以，在该磁铁12经过该霍尔效应型传感器11的中心线时，电动势会达到最大且在该磁铁12移离该霍尔效应型传感器11时下降。该霍尔效应型传感器11的电状态取决于该磁铁12和该霍尔效应型传感器11之间的距离来转变为数字1或数字0。

当该霍尔效应型传感器11的位置距离该磁铁在距离Z之内的时候，也就是说，当产生的电动势超过一给定值时，该霍尔效应型传感器11的电状态变成高位且该霍尔效应型传感器11会响应数字1。当该霍尔效应型传感器11远离该距离Z且该电动势下降到低于该给定值的时候，该霍尔效应型传感器11的电状态变成低位且该霍尔效应型传感器11会响应数字0。所以，该数字响应值1可用作为一脉冲信号。

一在一自由活塞机中往复移动的自由活塞基本上以一正弦运动的方式振动。因此，该自由活塞3的位置X可用方程式(1)来表示。

X＝A sin(ωt)[M]         (1)

其中，ω＝2π*活塞振动频率[Hz]

t＝时间[s]

A＝活塞行程[M]

微分方程式(1)，活塞速度V可用方程式(2)来表示。

V＝ωAcos(ωt)[M/s]           (2)

当cos(ωt)为1，可得到最大的活塞速度Vmax，其可用方程式(3)来表示，也就是，

Vmax＝ωA[M/s]                   (3)

该自由活塞3在经过其平均往复位置时会达到最大的速度。该平均往复位置相当于当该磁铁12与该霍尔效应型传感器11在垂直于该往复运动的方向轴向对齐时的位置。

当该距离Z与行程A相比下很小的时候，该磁铁12经过该距离Z所需的时间很短，所以，cos(ωt)大约为1，因此该自由活塞3的速度接近Vmax＝ωA。在该霍尔效应型传感器11的电状态响应数字1的时间间隔，或者在该电状态变成高位的时间间隔，更确切地说，脉冲T的持续时间，可以用方程式(4)精密地约计。

T＝2Z/ωA[s]                (4)

因此，如方程式(5)所示，脉冲T的持续时间与该行程A成反比。

T～1/A[s]                   (5)

所以，测量该脉冲T的持续时间，通过求解方程式(5)就可以计算该行程A。在方程式(5)中的比例常数基于一特定的物理设备的特征，而且可以从该距离Z和该频率ω来得出。图3显示了在该些脉冲持续时间和该活塞行程之间的相反关系。

该自由活塞3的平均活塞位置通常可基于作用于活塞表面上的平均压力来求出。在自由活塞机中，该平均活塞位置自一设计的要求平均位置普遍存在无益的偏差或偏移。如图4所示，这种偏移改变了由该霍尔效应型传感器11产生的脉冲串中的脉冲之间的逐次间隔。本发明采用一计时电路来测量脉冲之间的该些所有的间隔以及一数字微计算机来计算该自由活塞3的偏移。

参照图5，偏移B可用方程式(6)来表示。

B＝Asin(ωT1)           (6)

其中：A＝计算行程

ω＝2π*频率

T1＝该活塞在该平均活塞位置和一设计中心位置之间移动的经过时间

T1如下所示，由短间隔TS或长间隔TL的持续时间来获得。

通过分析图5，该短时间间隔TS和长时间间隔TL可用方程式(7)和(8)来表示。

TS＝T2-T1-T[s]         (7)

TL＝T3-T2-T[s]         (8)

其中：T2＝(π/ω)-T1[s]     (9)

T3＝(2π/ω)+T1[s]       (10)

T＝2Z/ωA(出自方程式(4))

把方程式(9)中的T2代入方程式(7)之内，或方程式(9)和(10)中的T2和T3代入方程式(8)之内来求解T1。在由方程式(4)和方程式(7)至(10)来计算T1的时候，如上所述，考虑到该距离Z与行程A相比下很小，可省略该成份2Z/A。然后，偏移B可用下列的方程式(11)和(12)来计算，该些方程式是通过把T1代入方程式(6)之内来获得。

B＝Asin((π-ωTS)/2)      (11)

B＝Asin(-(π-ωTL)/2)     (12)

该自由活塞位置计算装置100用一具有一计时电路的数字微计算机测量在该霍尔效应型传感器11中产生的脉冲串的脉冲持续时间T。然后该自由活塞位置计算装置100通过求解方程式(5)来计算行程A。此外，该自由活塞位置计算装置100用该具有计时电路的数字微计算机测量该些脉冲之间的间隔，也就是短时间间隔TS或长时间间隔TL，然后分别通过求解方程式(11)或(12)来计算该自由活塞3的偏移。其它的计算所需的参数ω，即该活塞的振动频率，可以通过用该数字微计算机测量该些脉冲串的周期来获得。

该偏移B的方向通过一些取决于该特定设备的物理参数来求出。一般来说，该驱动电动机/交流发电机中的线圈的卷绕方向和横过该卷绕方向的电压极性决定该偏移B的方向。该偏移B的这一方向然后作为一正负号，即极性来指派给该偏移B的计算值。

以上所述的斯特林发动机包括一自由活塞控制装置，其基于该计算行程A和计算偏移B来控制该自由活塞3的行程和往复运动的平均位置。如图6所示，除了该活塞位置测定装置之外，该自由活塞控制装置还包括一往复运动控制装置200，其控制该自由活塞3的往复运动。该往复运动控制装置200包括一行程误差计算装置211、一行程误差信号处理装置213和一行程控制装置214，而且还包括一偏移误差计算装置221、一偏移误差信号处理装置223和一偏移控制装置224。

以下将参照图6说明该往复运动控制装置200。该自由活塞位置计算装置100基于该霍尔效应型传感器11中产生的脉冲串信号来计算脉冲持续时间T和该些脉冲之间的间隔TS或TL，并且用一数字微计算机来计算该自由活塞3的行程A和偏移B。该计算的行程A和偏移B的值被送到该行程误差计算装置211和该偏移误差计算装置221。

该行程误差计算装置211比较上述的行程A的计算值与一记录在一行程存储媒体212，即数字存储器中的设计值，然后把该行程A的计算值与该设计值之间的偏差作为一行程误差信号来输出。该行程误差信号用作为一输入信号给该行程误差信号处理装置213，其产生一相应的行程控制信号输出。

该行程控制信号被输入该行程控制装置214，其通过控制该交流发电机6的电负载来改变该自由活塞3的行程。在这种情况下，该自由活塞3由一像是一在一斯特林冷却器中的线性电动机的电动驱动器来驱动，该行程控制装置214通过控制提供给该电动驱动器的电功率来改变该自由活塞3的行程。

该偏移误差计算装置221比较该计算的偏移B与一记录在一偏移存储媒体222，即数字存储器中的设计值，然后把该偏移B的计算值与该设计值之间的偏差作为一偏移误差信号来输出。该偏移误差信号用作为一输入信号给该偏移误差信号处理装置223，其产生一相应的偏移控制信号输出。该偏移误差信号处理装置223按比例响应。

该偏移控制信号输入该偏移控制装置224，其改变在该交流发电机6或线性电动机中的电流的直流分量的强度和极性，并且改变施加于该自由活塞3的轴线方向的压力。该自由活塞3的平均位置由在其轴线方向的压力变化而改变，并且从而控制了该偏移。在其它的实施例中，一放置在下空间45和中空间44和往复流动的氦气之间的电磁阀由该偏移控制装置224开启，而且施加于该自由活塞3的顶端和底端上的压力平衡有变化，因此改变了该自由活塞3的往复运动的平均位置。

除该霍尔效应型传感器11之外，任何其它的可在该磁铁12的磁通超过一顶定限度的时候产生一脉冲信号的有关磁性传感器皆可用作为一脉冲产生装置。该行程误差信号处理装置213和该偏移误差信号处理装置223并不限于该些可按比例响应的装置，而且任何其它的有关装置，例如，一可基于比例加上积分加上导数的装置、任何类型的简单过滤器、或任何类型的简单过滤器的组合皆可适用。

该在该行程存储媒体212中记录的行程设计值和该在该偏移存储媒体222中记录的偏移设计值可轻易地根据该自由活塞机的用途用程序来改变。根据本发明的自由活塞控制装置可以轻易地调整以操纵该自由活塞机的物理参数，诸如温度或压力等等。在该情况下，通过改变该些决定该些记录在存储媒体212和222中的行程和偏移的设计值的程序，可轻易地把该些温度值或压力值调到最佳值。

本发明可广泛地适用于工业，诸如斯特林发动机、斯特林冷却器或任何其它的具有一不与一曲轴作机械连接的自由活塞的自由活塞机等等。

Claims (5)

1.一种自由活塞位置测定装置，所述装置的特征在于其包括：

一在一自由活塞机中的自由活塞的行程和往复运动的平均位置的测定装置，所述测定装置包括一脉冲串产生装置和一自由活塞位置计算装置：

所述自由活塞机具有一围住所述自由活塞和一自由活塞驱动装置的机壳；

所述自由活塞通过流体与所述驱动装置连接；

所述脉冲串产生装置具有一放置在所述自由活塞上的磁铁和一放置在所述机壳上的磁性传感器；

当所述自由活塞的位置在所述自由活塞的往复运动的一设计中心的时候，所述磁性传感器和所述磁铁在垂直于所述自由活塞的往复运动的方向对齐；

当所述磁铁配置在距在所述自由活塞的往复运动的方向的所述磁性传感器一预定距离内的时候，所述磁性传感器产生脉冲；

所述自由活塞位置计算装置包括所述脉冲的持续时间、所述脉冲之间的间隔和所述自由活塞的往复运动速度的测量装置；

所述自由活塞位置计算装置基于所述脉冲持续时间和所述自由活塞的所述往复运动速度来计算所述自由活塞的行程；以及

所述自由活塞位置计算装置基于所述脉冲之间的间隔、所述自由活塞的计算行程和所述自由活塞的所述往复运动速度来计算所述自由活塞的往复运动的平均活塞位置自所述自由活塞的一设计的平均活塞位置的偏移。

2.根据权利要求1所述的自由活塞位置测定装置，其特征在于：所述磁性传感器为一霍尔效应型传感器。

3.根据权利要求2所述的自由活塞位置测定装置，其特征在于：所述自由活塞机为一斯特林型机器。

4.根据权利要求1所述的自由活塞位置测定装置，其特征在于：所述自由活塞机为一斯特林型机器。

5.一种根据权利要求1—4中任一项所述的自由活塞位置测定和自由活塞位置控制的装置，其特征在于：

所述一在一自由活塞机中的自由活塞的行程和往复运动的平均位置的测定装置包括一种如权利要求1—4中任一项所述的自由活塞位置测定装置和一种所述自由活塞的往复运动控制装置：

所述往复运动控制装置包括一行程误差计算装置、一行程误差信号处理装置、一行程控制装置、一偏移误差计算装置、一偏移误差信号处理装置和一偏移控制装置；

所述行程误差计算装置计算在所述自由活塞的计算行程和所述自由活塞的设计行程之间的偏差，并且把所述偏差作为一行程误差信号来输出；

所述行程误差信号处理装置基于所述行程误差信号产生一行程控制信号；

所述行程控制装置基于所述行程控制信号控制所述自由活塞的行程；

所述偏移误差计算装置计算在所述偏移和一设计偏移之间的偏差，然后把所述偏差作为一偏移误差信号来输出；

所述偏移误差信号处理装置基于所述偏移误差信号产生一偏移控制信号；以及

所述偏移控制装置基于所述偏移控制信号控制所述自由活塞的往复运动的平均活塞位置。

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