水平轴风力机(HAWTs)和立轴风力机(VAWTs)是风力发电机的两种基本形式。水平轴风力机由于风能利用系数较高,是目前的主流风力机,已经得到了大规模的发展,但是由于水平轴风力机的一些固有特点,如桨叶受力情况复杂、机舱在塔架顶部不易维护等,使得风力发电的成本较高。与水平轴风力机相比,立轴风力机具有安装维护方便、噪声小、叶片受力稳定等优点。但是风能利用系数低和起动性能差的问题一直限制着立轴风力机的发展。本文依据立轴风力机的国内外发展状况,针对立轴风力机的两个问题,主要对立轴风力机的变桨距规律控制进行研究,主要研究过程如下：首先,根据叶素理论,建立了变桨距风轮的功率模型,并且分析了对称翼型作为变桨距立轴风力机叶片翼型的合理性；运用Fluent软件对NACA0015翼型进行二维数值模拟,并确定了该翼型的气动参数。由此为基础,运用Matlab软件设计最优变桨距规律程序,获得若干不同尖速比下的最优桨距角规律,并且确定了各变桨规律之间的实际控制切换点。然后,根据不同的变桨距规律,提出两种变桨立轴风力机方案及结构参数,并基于工程上常用的双多流管理论模型,计算了两种风轮的瞬时力矩、平均力矩和风能利用系数等气动性能参数；为了确定变桨系统的能耗,运用Fluent软件分别对不同方位角时的叶片进行了三维数值模拟。最后,主要对同步变桨VAWT的总体结构、电力变换单元,以及变桨控制系统等单元进行分析,由此制作了同步变桨VAWT和最优VAWT两台样机；主要基于同步变桨VAWT样机,搭建实验平台,对不同叶片组合的风轮进行气动力矩和发电功率的相关实验,同时对最优变桨VAWT进行初步测试。实验表明：自动变桨距规律可显著提高立轴风力机的起动性能和风能利用系数。