随着风电产业的蓬勃发展，人们对风力发电系统的安全可靠性，成本、发电效率和发电质量等提出了更高的要求，先进的风力发电控制技术在满足这些发电性能要求上有着不可替代的作用，因此保证风力发电系统安全稳定运行及实现最佳功率跟踪的控制策略逐渐成为控制界和工程界的研究重点和热点。同时考虑到控制系统在实际工程中的实现性、控制参数的可调性等问题，进而从控制工程角度出发，如何充分利用系统本身结构特性去设计简单易行的控制系统，使得系统的能量函数可以反映系统内部结构以及动态特性的信息，并使所调参数具有明显的物理意义等特性的设计方法成为风力发电领域需要深入研究且具有挑战性的新研究方向。为此，本文以基于系统物理结构特征的永磁同步风力发电机的控制策略为研究主题，从风电系统基于端口受控哈密尔顿模型(PCH)的无源性控制(PBC)方法、无速度传感器的控制问题、存在的混沌问题方面进行了深入细致的研究，具体研究内容和研究成果如下：首先，研究了基于PCH的永磁同步风力发电机的无源性控制方法。在控制系统设计中，充分利用风力发电系统本身的物理结构特性，建立了系统PCH模型，基于此模型，通过重新分配系统的能量和注入非线性阻尼，将系统补偿成无源系统，进而实现系统稳定。这种控制策略无需补偿不影响系统稳定性的“无功力”部分，减少了控制量，并且使得控制器可调参数具有了明显的物理意义。同时，在系统控制器设计中还考虑了系统参数不确定和外界干扰的自适应控制问题。其次，研究了基于Hamilton模型的永磁同步风力发电机无速度传感器控制问题。利用Hamilton方程具有一般的仿射非线性结构，可以将成熟的线性系统观测器设计方法用于设计Hamilton系统观测器，基此思想设计了风力发电系统的基于Hamilton模型的全维状态观测器，进而实现了风力发电系统的无速度传感器控制。同时在控制器设计中还考虑了系统存在参数不确定情况下的自适应控制问题以及干扰抑制问题。仿真结果表明所设计控制方法的有效性，以及控制器的简单可实现性。然后，研究了基于Hamilton模型的永磁同步风力发电机的混沌控制问题。首先将永磁同步风力发电机模型应用时间尺度变换和线性仿射坐标变换，得到了一个类Lorenz混沌模型，对此模型进行仿真研究，结果表明风力发电系统在一定参数区域内存在混沌现象。对此建立了风力发电混沌系统的Hamilton模型，并基于此模型采用H控制方法解决系统存在外扰情况下的混沌问题。最后，论文在研究过程中，还分析了永磁同步风力发电机由于受到机械负载和电气负荷限制，在额定风速以上时，需要通过控制调节实现额定恒功率输出问题。文中考虑到风机本身固有的非线性特性，以及大风速下外界干扰对风机系统参数的影响，对功率和部分系统参数做了未知处理，设计了风力发电系统的自适应控制器解决了这一未知问题，并且实现了恒功率控制。同时，针对永磁同步风力发电机混沌问题，设计了混沌系统的自抗扰控制器。有效地处理了风力发电系统的混沌问题和外界干扰问题，为工程实现提供了理论支持。