水流能作为清洁能源,储量丰富,能量密度高,可预测性强,不易受天气影响,具有广阔的开发应用前景。在众多水流能发电装置中,振荡翼式发电装置对水深要求低,扫掠面积大,发电叶片设计和维护简单,逐渐成为众多学者研究的热点。本文研制一种半主动式高效振荡翼水流能发电装置,从理论和陆上试验两个方面进行研究和验证。首先进行发电装置的系统设计,根据国内的水文条件对水流能发电系统的机械和控制系统的需求进行分析。装置整体采用半主动式设计,水翼运动采用非正弦形式,利用步进电机主动控制水翼俯仰运动,通过机械系统将水翼在来流中的升沉运动转化为发电机转子转动,从而实现水流能发电。工作流速为2m/s,工作水深2m,运行周期为1s。对于控制系统,采用编码器和闭环步进电机实现水翼非正弦转动控制和位置的实时反馈,保证系统的稳定运行。其次,利用STAR-CCM+重叠网格方法建立二维数值计算模型,在通过与已有的正弦运动水翼对比验证了方法有效性的基础上,研究了非正弦运动对水翼捕能效率的影响。研究发现,非正弦运动主要影响俯仰运动捕能功率,对升沉运动获能影响很小;当水翼转动时间占周期65%左右时,水翼能够获得最大获能功率,较正弦运动形式提高约12%。在水动力计算的基础上,针对步进电机非正弦运动控制的软件和硬件系统进行设计和试验研究。本文利用Simulink对闭环步进电机控制系统进行建模,分析非正弦运动曲线下控制系统的精度和误差;开发基于STM32平台的水流能发电装置控制系统,实现了步进电机的非正弦运动控制和发电机发电效率实时监测,验证了装置的可行性。