针对水平轴风力发电系统偏航装置存在多齿轮传动结构复杂、故障率高、偏航功耗大等问题,新能源研究所提出了风力磁悬浮偏航系统。风力磁悬浮偏航系统运行工况恶劣,机舱悬浮本质为多自由度电磁悬浮系统,机舱悬浮后偏航本质为弱阻尼、强干扰的盘式电机转速控制,如何抑制外界干扰实现机舱稳定悬浮,以及机舱悬浮下偏航是本文研究的关键。为此,本文从风力磁悬浮偏航系统模型构建、多自由度机舱悬浮以及超低速偏航控制等方面开展研究。首先分析风力磁悬浮偏航系统多自由度运行机制,给出了风力机舱所受倾覆力矩、偏航负载转矩以及轴向下压力数学模型,建立了含轴向、俯仰两自由度运动方程,鉴于气隙磁场能存在的轴径向磁场耦合,基于虚功法和含悬浮电流、偏航电流的气隙磁场能,给出了机舱两侧悬浮电磁力,综合考虑机舱两侧悬浮气隙、悬浮电流的差异以及外界干扰,构建机舱多自由度悬浮模型以及偏航运动模型,采用转子磁场定向将悬浮力与偏航转矩解耦,实现机舱悬浮与偏航过程的完全独立控制。针对风机机舱两自由度运动机制以及俯仰角度难以测量等问题,采用坐标变换将两自由度运动模型转化为机舱两点悬浮控制模型,提出了风机机舱的两点悬浮协同控制策略,包括两点协同式悬浮跟踪控制以及交叉耦合控制器,其中两点协同式悬浮跟踪控制采用自适应悬浮跟踪控制,基于Lyapunov函数完成了悬浮模型参数的自适应律设计,极大提升悬浮气隙跟踪以及鲁棒性能,随后基于同步跟踪误差设计了交叉耦合控制器,提升机舱两侧悬浮同步性能。针对偏航控制的弱阻尼、强干扰以及因倾覆力矩所致的转矩不确定性问题,基于Lyapunov稳定理论设计了偏航转速控制器,同时设计了干扰转矩观测器,快速补偿不确定干扰对转速控制影响。基于上述悬浮和偏航控制策略,仿真研究了风力磁悬浮偏航系统的偏航迎风和侧偏保护两实验,实现了风机机舱悬浮稳定和偏航转速的超低速稳定控制,同时实现了风机最大功率跟踪和侧偏保护功能,证明了悬浮与偏航控制策略有效性以及风力磁悬浮偏航系统结构设计的合理性。基于风力磁悬浮偏航样机(悬浮重量484kg)、两悬浮变流器以及偏航变流器,搭建了风力磁悬浮偏航系统实验平台,首先进行了悬浮跟踪实验、轴向抗干扰实验以及侧偏扰动实验,并进行了多种悬浮控制算法的性能对比,试验表明自适应跟踪控制方法在上升时间、稳态误差、抗干扰性能方面具有明显优势,悬浮稳态误差仅为0.05mm,同步误差仅为0.2mm。随后进行了机舱悬浮与偏航一体化实验,实现了盘式电机的±0.3rpm超低速旋转,且偏航全过程悬浮气隙稳定,悬浮气隙波动仅为±0.3mm,偏航转速波动仅为0.0.25r/min,进一步验证机舱悬浮和偏航控制策略的有效性。