随着石油等不可再生能源供需矛盾的加剧,开发可再生新能源成为各国战略研究趋势,而风能因为其具有资源丰富、开发性价比高、无污染等优点从而成为最具开发价值的绿色新能源之一。相对于发展成熟的水平轴风力机,直翼立轴风力机具有结构简单重心低、无对风装置、易安装维护等优点受到关注,但是局限于启动性能差、风能利用率低等缺点无法得到广泛商业应用。针对直翼立轴风力机存在的问题本文设计了一种可变桨距直翼立轴风力机,通过变桨距规律的应用提升风力机启动性能和低风速下风能利用率。根据国内外研究现状,在分析直翼立轴风力机运行原理的基础上完成了一种可变桨距小型直翼立轴风力机机电一体设计方案,结构方案设计包括传动设计、变桨距机构设计等,控制系统方案设计包括变桨伺服系统、数据通信与采集等硬件软件设计。通过对直翼立轴风力机运动与受力分析,在理论上验证了变桨距对直翼立轴风力机性能有提高作用,并基于ANSYS Workbench完成了所设计风力机强度、刚度、模态等结构性能分析与校核。通过对变桨距原理分析与桨叶气动实验相结合的方式完成了变桨距规律设计验证与优化,基于MATLABSimulink工具对变桨距控制系统进行建模仿真,完成对控制系统参数模拟调节验证了变桨距规律应用可行性,并对变桨距存在误差进行了分析。完成变桨距直翼立轴风力机样机研制与实验平台搭建,基于DESPACE半物理仿真平台在风场下对其变桨距闭环伺服控制系统进行调节并通过实际相位补偿实验提高变桨跟随性能,通过对比实验验证了直翼立轴风力机的启动性能并测验其发电性能,完成了变桨距误差对其性能影响实验。