风能是解决能源问题的有效手段之一,水平轴风力机的容量在持续增大,直观的体现就是桨叶变长,风轮面增大。正常运行中的风力机,其桨叶对风场进行旋转采样,因此风切变等引起的风轮不对称载荷以及由此激起的桨叶和塔架的振动问题非常突出。风力机桨叶上的周期挥舞气动载荷严重影响风电机组的可靠性和寿命,独立变桨距控制是解决这一问题的重要技术之一。控制器根据传感器信号来协调控制每个桨叶的变桨距角,进而改变桨叶上的气动载荷,最终消除风轮的不对称载荷并抑制桨叶的振动。针对风力机的挥舞周期气动载荷与振动问题,本文研究了独立变桨距控制的相关理论并设计了控制器。首先从空气动力学、结构动力学的角度概述了风力机的控制建模原理,介绍了实际分析设计过程用到的建模与仿真软件FAST。然后从系统整体运行的角度研究了风力机的功率控制过程,包括建模、设计与仿真。其中发电机转矩控制采用了查询表法,集中变桨距控制采用了变增益法,保证了整个运行区域内的功率控制目标。对功率控制下的风力机桨叶弯矩与振动信号进行频谱分析,数据表明其主要频率成分为风轮旋转频率的倍数,而风切变系数会改变周期信号的幅值。最后从减小桨叶挥舞周期载荷及抑制桨叶挥舞受迫振动的角度研究了风力机独立变桨距控制技术。根据风力机固有的周期性以及耦合振动特性引入多桨叶坐标变换,指出风轮载荷以及振动的不对称性,而风切变会加剧这种不对称性。建立了风力机桨叶-塔架耦合振动模型并通过多桨叶坐标变换进行振动解耦。以功率控制器为基础,分析并设计了两种桨叶挥舞载荷输出反馈独立变桨距控制方案。通过MATLAB与FAST的交互式仿真,本文比较了集中变桨距控制以及两种独立变桨距控制方案下的载荷消减与振动抑制的效果,把挥舞周期载荷信号分解到多层基底下,并针对分解后的信号进行反馈调节,可以简化稳态风速下的控制器设计并取得良好的控制效果,在动态风速下也具有良好的应用价值。