永磁直驱风力发电系统是一个强耦合非线性的复杂系统，同时由于风能具有随机性和突发性，机组的数学模型会随着静态工作点的变化而变化，表现出严重的时变和非线性特性，所以常规的PI控制器难以获得较好的控制效果。滑模变结构控制是一种特殊的非线性控制，不需要建立精确的数学模型，滑动模态的设计与对象参数和扰动无关，使得滑模变结构控制具有动态响应速度快、对系统参数变化以及扰动不灵敏、物理实现简单的优点。所以滑模变结构控制尤其适合于风力发电机组这样的非线性、时变及强干扰等复杂系统的控制。
　　首先，本文以永磁直驱非并网风力发电系统为研究对象，设计了机组在不同风速区域内转速控制策略，随后基于永磁同步电机矢量控制设计了电流内环转速外环的控制系统。针对 PI控制的不足，采用滑模变结构理论设计转速控制器，然后基于传统线性滑模控制在抖振问题和动态响应慢的不足，结合扰动观测器和PID积分滑模控制的方式改进转速控制器。
　　其次，本文针对机械式速度和位置传感器会增加风力发电机组不稳定性、复杂性和成本等不足，研究了基于永磁直驱风力机组的无传感器控制技术，传统滑模观测器（SMO）会出现由于符号函数和低通滤波器引起抖振和相位滞后而造成角度补偿以及观测不精确等问题，提出结合锁相环（PLL）和Simgoid函数设计滑模观测器，在基础上分析机组参数变化时PLL滑模观测器的观测效果，最后提出采用高阶终端滑模观测器，实现了对转子速度和位置的精确估计。
　　最后，基于 RT-Lab 硬件仿真平台，通过仿真和硬件在环实验对机组控制系统的性能进行验证，实验表明本文所设计的转速控制器能够在设计的不同风速情况下稳定运行，控制器具有快响应速度、良好的鲁棒性和抗干扰能力。同时也充分证明了采用高阶终端滑模观测器可以精确估计转子速度和位置，从而取代机械式传感器。