风力发电机是将风能转化为电能的核心设备。随着风力发电机单机容量的不断增加,其结构复杂程度和并网高要求带来了新的问题,主要包括控制难度的增大和故障发生率的提高。因此,对于风力发电机的研究不但要考虑控制性能,同时还要考虑容错性能。本文针对风力发电机最大功率跟踪和恒功率运行阶段,分别设计了转速控制器和变桨距控制器。同时针对风力发电机变桨距执行机构故障多发的问题,设计了容错控制器。本文目的是实现风力发电机在存在参数摄动、外部扰动以及执行机构故障的情况下,仍能实现稳定的功率输出、延长疲劳寿命并提高发电效率和电能质量。首先,建立了变桨距风力发电机系统模型。理论方面重点阐述了风力发电机的控制目标,风速特性和空气动力学理论;模型方面通过结构分析,受力分析以及空气动力学分析建立了变桨距风力发电机模型。这为后续控制器设计奠定了基础。然后,研究风力发电机转速控制策略。分别设计了新型几何扇区二阶积分滑模控制器和基于风速估计的无传感器智能二阶积分滑模控制器实现风力发电机的最大功率跟踪控制,所提控制策略可以有效削弱抖振、提高收敛速度并增强控制系统的鲁棒性和可靠性。通过仿真验证了两种方法在考虑模型不确定性和外部干扰情况下的有效性。随后,研究风力发电机变桨距控制策略。分别设计了基于自适应非奇异终端滑模观测器的载荷预测控制策略和基于自适应状态反馈滑模控制器的容错控制策略实现风力发电机的恒功率控制。通过仿真验证了所提容错控制策略在存在执行机构故障下的有效性。最后,针对风力发电机半物理仿真平台展开研究。基于dsPICDEM MCLV开发板搭建硬件平台,基于实时数据监视RTDM软件设计软件平台,所搭建的平台可以实现实时数据采集、实时调节控制器参数且易于编程实现。通过实验平台对所提控制算法进行验证,同时也为相关理论的应用提供了坚实的基础。