起动/发电系统革除了发动机的专用起动机，减少了机载设备的体积与重量，是当前航空电源等独立电源系统的重要发展趋势。电力变换器是起动/发电系统的关键部件，其必须满足能量双向流动这一特性。由传统矩阵变换器衍变而来的双级矩阵变换器无直流储能电容，具有紧凑的拓扑结构、优越的输入输出性能、灵活的控制策略、能量双向流动等特点。将双级矩阵变换器引入起动/发电系统，有利于电力变换器与起动/发电机的集成，从而减小了系统的体积、降低了系统的重量、提高了系统效率、降低了系统成本，使起动/发电系统更具发展潜力和应用前景。　　本文采用了18开关的双级矩阵变换器，前后两级拓扑结构不对称，将起动/发电机置于双级矩阵变换器的不同侧，将构成不同的系统拓扑结构，直接影响到系统的控制策略。本文首先讨论了系统可能的拓扑方案，并分析了各拓扑方案可能存在的问题，通过仿真研究与对比分析了各方案的优缺点与可行性，最终提出了系统采用基于切换电容组的拓扑结构，即将起动/发电机置于双级矩阵变换器的前级（双向开关侧），并在双级矩阵变换器的双向开关侧并联一组可切换电容，起动运行时电容组不与系统相连，发电运行时再将电容组切入系统。所提出的系统拓扑结构在起动以及发电运行时均能安全工作，且系统控制相对简单、容易实现。　　确定系统拓扑后，根据系统的运行状态，本文分别对系统的起动运行、起动/发电切换运行以及发电运行三种工作状态进行了研究：首先分析了系统起动运行原理，从简化控制算法角度出发，采用三相六拍控制方案起动，提出了起动运行时双级矩阵变换器的调制策略以及系统控制策略，利用仿真与实验对所提策略进行验证；其次分析了系统起动/发电切换过程中各部件的运行状态，提出了双级矩阵变换器的切换控制策略以及系统起动/发电切换控制流程和控制时序，所提切换策略使系统的起动至发电过程得以安全切换；最后本文分析了系统发电运行原理，阐述了系统发电运行时功率变换器的调制策略，为了解决交流量难以跟踪的问题，本文采用基于输出电压坐标变换的电压闭环控制策略，从而保证了发电机转速变化或负载突变时系统的输出性能。　　对系统起动运行时的双级矩阵变换器调制策略进行了详细研究。针对目前常用的五种PWM调制模式，详细分析了各调制模式对系统的影响，通过推导双级矩阵变换器直流母线电流与开关函数间的数学关系，分析各调制模式对双级矩阵变换器直流母线电流、换流安全和转矩的影响，以及对电机非导通相端电压、电流的影响，提出了不同调制模式下双级矩阵变换器的安全运行策略并提出了优化的双级矩阵变换器调制策略，利用仿真与实验对理论分析进行验证，经过对比得到所提出的优化PWM_ON模式为最适合系统的起动调制策略的结论。　　对系统发电运行时的功率因数进行了研究。由于输入电流的相位会受到滤波器参数、负载参数等系统参数的影响，无法实现单位功率因数，因此根据系统发电时的数学模型推导了电源侧以及双级矩阵变换器输入侧功率因数解析表达式，详细分析了系统各参数对功率因数的影响，研究了功率因数的可调范围，得出系统的调制比越低、滤波电容越大、轻载且感性负载成分越多时系统电源侧输入功率因数越低的结论，并提出了一种不依赖于系统参数的功率因数补偿策略，利用仿真与实验验证了所提补偿策略的有效性。　　最后，本文以数字信号处理器和可编程逻辑器件为主副控制器，构建了基于双级矩阵变换器的交流起动/发电系统实验平台，并利用此实验平台对本文给出的理论分析以及所提方法进行了实验验证。