风力发电机组大型化使风力机整机开发设计与性能分析变得更为复杂,例如叶片结构的非线性变形,气动载荷的动态失速以及气动载荷与结构响应的强耦合关系,都增加了风力机整机性能分析的难度与成本。本研究结合多体动力学软件adams和风力机空气动力学模型的matlab程序,通过Simulink联合仿真,研究大型风力机气弹耦合特性及其控制策略。首先针对大型风力机的结构特点,将风力机叶片和塔筒等柔性构件采用“超级单元”方法离散为由带有弹簧和阻尼的运动副连接的多体系统,结合相对刚性的轮毂和机舱,在多体动力学软件Adams中建立风力发电机整机混合多体动力学模型,通过整机模态分析验证了模型的正确性。其次采用修正的叶素-动量理论开发了大型叶片的气动载荷计算程序,基于动力学分析软件Adams中的controls模块以及Matlab数值分析软件中的simulink模块,建立了大型风力机气动-弹性-控制多重耦合的联合仿真分析模型。以某5 MW大型风力发电机组为例,对风力发电机组进行气弹耦合分析,揭示大型风力发电机组的气弹耦合特性,进而对风力发电机性能进行准确的分析。在联合仿真模型的基础上,结合变速变桨控制策略,建立控制模型,并分析大型风力发电机组在变速变桨和偏航等控制动作下的气动性能和结构非线性响应。研究结果表明,该联合仿真模型是一个能够以较少的自由度精确地描述叶片的非线性柔性变形以及结构振动,高效准确的实现大型风电机组的气弹耦合仿真分析,和变桨、偏航等控制分析的模型。本文的研究工作对于大型风力发电机组的开发提供了一个可靠的仿真分析途径,对降低风力机性能分析成本,缩短风力机研发周期具有重要工程应用价值。