本发明提供的一种混联式压缩膨胀机及控制方法，混联式压缩膨胀机包括：通过气路依次连通的轴流式压缩机和离心式压缩机；通过气路依次连通的向心式膨胀机和轴流式膨胀机；轴流式压缩机通过第一转子轴与向心式膨胀机连接，第一转子轴的伸出端处连接有第一电动发电机；轴流式膨胀机通过第二转子轴与离心式压缩机连接，第二转子轴的伸出端处连接有第二电动发电机。在本发明中，轴流式压缩机的排气端设置离心式压缩机，对气体进行充分压缩，同时降低排气的体积流量，降低压缩机组的机械功耗。在向心式膨胀机的排气端设有轴流式膨胀机，通过体积流量与膨胀机的匹配化设计提高压力能向机械能的转换效率。