针对水平轴风力发电系统偏航装置摩擦功耗大、故障率高等问题,课题组提出了风力磁悬浮偏航系统,机舱悬浮下偏航迎风,极大降低偏航功耗。但风力偏航系统工作在80m高的塔架上,工况恶劣,特别是因机舱桨叶和尾翼侧差别较大的迎风面积产生的倾覆力矩,使得机舱极易俯仰,风机存在轴向、俯仰及偏航等多自由度运动,采用传统多变流器协同悬浮策略,存在传感器和变流器数量多、悬浮功耗大、故障率高等问题,为此本文提出了风力机舱的主被动悬浮协同控制,被动提升俯仰刚度阻尼,主动轴向悬浮风机机舱,协同完成风力机舱的稳定悬浮。首先深入研究了风力磁悬浮偏航系统悬浮机制和受力分析,给出了风机倾覆力矩和轴向下压力模型,理论推导了机舱两侧涡流阻尼力和悬浮力,构建了机舱两自由度运动方程;试验研究了涡流阻尼引入在提高盘式永磁体的悬浮性能和控制器稳定域的突出效果,仿真研究了铝板厚度、悬浮气隙和电流对涡流阻尼力影响,综合考虑悬浮功耗、气隙波动以及变流器负担,优化选择了涡流铝板厚度,仿真验证了基于铝板优化厚度的悬浮系统气隙波动量仅为1mm以及电流减小幅度可达3A。本文提出的风力机舱主被动悬浮控制,包括含悬浮绕组和铝板一体化的涡流阻尼系统以及机舱重心下移等复合方法,以及机舱轴向悬浮控制两部分。基于风机额定倾覆力矩以及最大允许俯仰角度,完成机舱重心下移力臂设计以及俯仰阻尼提升研究;鉴于机舱悬浮绕组电感较大所致电流滞后问题,采用了悬浮气隙外环和电流内环相结合串级控制,提出了基于反电动势补偿的电流跟踪控制器,提升电流跟踪速度;针对机舱悬浮非线性、弱阻尼以及含俯仰自由度干扰等问题,采用自适应干扰补偿和RBF神经网络两种算法,快速逼近风机悬浮系统诸多不确定性干扰,配合悬浮稳定控制器,实现机舱稳定悬浮,仿真试验发现:两种算法均可在倾覆力矩150Nm施加情况下,气隙最大波动量分别为0.3mm和0.25mm,远优于PID控制气隙波动的1.2mm,机舱两侧气隙差异大幅降低,俯仰角度满足设计要求,验证了主被动悬浮控制策略的有效性。基于3kW悬浮变流器以及重达484kg的风力磁悬浮偏航样机,搭建了风力磁悬浮偏航系统试验平台,分别进行多铝板厚度机舱悬浮性能对比试验以及150Nm倾覆力矩施加情况下机舱主被动悬浮试验,试验发现:1)基于优化铝板厚度悬浮系统,在225N机舱下压力作用下,悬浮气隙波动0.125mm,远优于未优化的气隙波动4mm,验证了涡流阻尼优化有效性;2)自适应干扰补偿算法在150Nm倾覆力矩作用下,机舱悬浮稳态误差为0.2mm,机舱两侧最大悬浮气隙差为0.2mm,且仅在1.3s时间内渐进收敛,从而进一步验证了本文所提主被动悬浮控制策略的有效性。