风力发电以其环境友好、可靠性高、成本低且规模效益显著的特点,已经成为发展最快的新型能源,这也就要求风力发电技术更加成熟。在实现最大风能捕获过程中需要检测很多物理量,转子转速就是其中非常重要的物理量,但是由于风力发电系统运行环境恶劣且存在不确定性,使得速度传感器的安装不仅增加风电系统与控制系统之间连线,而且降低了系统的可靠性,增加了系统成本。该课题以此为研究对象,针对风机自身结构特性以及系统运行环境,通过构建风力发电系统数学模型,设计完善的控制系统,实现无速度传感器控制,并且尽可能多的考虑系统可能存在的不确定性和外界扰动,确保系统稳定、安全、可靠、高效运行。具体研究内容如下:首先,分析风力发电系统结构特性以及风力机运行特性,考虑系统运行过程中存在的参数摄动以及系统扰动等问题,针对永磁同步发电机建立了永磁同步风力发电系统数学模型,随后根据哈密尔顿系统无源性理论建立永磁同步风力发电系统端口受控哈密尔顿模型。然后,在上一章节的基础上,设计系统控制器实现无速度传感器控制,首先设计系统无源控制器,进行能量函数整形,使系统能量函数在期望平衡点取得极小值,以实现期望状态运行;然后设计自适应全维状态观测器来估计电机转速实现无速度传感器控制,最后针对系统扰动问题,设计扩张状态观测器以实时观测系统扰动并进行动态补偿。最后,对比分析滑模扩张状态观测器与传统扩张状态观测器各自特点,考虑到滑模扩张状态观测器兼具滑模和扩张状态观测器的优点,既可以估计总扰动又可以加快收敛速度。在上一章节的基础上设计可行的滑模扩张状态观测器实时估计并动态补偿系统扰动以提高系统控制性能。理论分析和仿真结果均表明,所提控制方法能够解决本文所研究的控制问题。