由于社会向前发展的脚步加快,各国对能源的需求随之增长,但矿物燃料被过度开采而日益枯竭,风能作为可再生能源被人们所重视。风力发电是风能利用的表现形式,随着风力发电机组的装机容量不断扩大,风力发电技术特别是变桨控制技术迅速发展。因此,本文针对额定风速以上时,风电机组出现的输出功率不稳定的问题,设计了基于分数阶微积分理论的变桨控制策略,使得风轮转速能被准确跟踪,从而让输出功率保持在恒定值。论文的主要工作如下:首先,对机械液压混合传动型风力机进行建模与研究。阐述了贝兹理论和叶素动量理论,分析了风力机变桨原理。考虑到机械传动系统中齿轮箱易出故障,静液压传动系统效率较低等问题,采用机械液压混合的方式进行传动,并利用MATLAB与AMESIM联合仿真平台建立了机械液压混合传动型风力机系统模型。将风电系统模型线性化处理,为设计变桨控制算法提供理论支撑。然后,为解决额定风速以上时风电系统输出功率不稳定以及控制精度低的问题,设计了基于蚁群算法的分数阶非线性PID控制算法。为了便于验证所提算法的有效性以及优越性,设计分数阶PID控制器作为参照,同时利用蚁群算法寻优速度快、性能好的特点,得到分数阶PID的最优参数。由于非线性控制律能够提高分数阶PID控制器的适用性,设计了分数阶非线性PID变桨控制器,再通过蚁群算法搜索最优参数,仿真结果显示分数阶非线性PID对风电系统的控制效果优于分数阶PID。再针对风电系统模型中不确定参数以及未知干扰等问题,设计了一种分数阶非奇异终端滑模自抗扰控制策略。为了保证变桨动作的快速性和最小化跟踪误差,设计了分数阶非奇异终端滑模控制器,由分数阶非奇异终端滑模面结合整数阶指数趋近律得到。针对风力机系统内外部干扰和分数阶非奇异终端滑模控制产生的抖振,设计了分数阶扩张状态观测器,将干扰视为一个扩张状态,并对系统状态变量进行跟踪观测,从而减小振动。同时,通过Lyapunov稳定性理论说明分数阶非奇异终端滑模控制器具有稳定性以及利用根轨迹法验证分数阶扩张状态观测器的稳定性。另外,将分数阶微积分理论与非奇异终端滑模控制器和扩张状态观测器相结合,提高了控制器的灵活性和鲁棒性。通过仿真说明分数阶非奇异终端滑模自抗扰使得控制效果得到有效提升,且风力机输出保持恒定。最后,为了提高额定风速以上时风电系统在运行过程中的动态性能,设计了基于观测器的风力机分数阶积分滑模反步变桨控制算法。利用积分滑模控制与反步法结合的方式使系统获得良好的动态性能以及全局稳定性,降低了反步法求解过程中的复杂程度。考虑到风力机系统中存在的内外扰动,设计滑模观测器减小内外扰动对系统造成的影响。同时,将分数阶微积分理论与变桨控制器和观测器相结合,提高了系统的鲁棒性以及抗干扰性。利用MATLAB与AMESIM联合仿真平台进行了验证,结果说明基于观测器的分数阶积分滑模反步控制能够准确跟踪风轮转速,进而使风电系统保持稳定的输出。