Offshore wind turbines suffer from asymmetrical loading (blades, tower, etc), leading to enhanced structural fatigue. As well as asymmetrical loading different faults (pitch system faults etc.) can occur simultaneously, causing degradation of load mitigation performance. Individual pitch control (IPC) can achieve rotor asymmetric loads mitigation, but this is accompanied by an enhancement of pitch movements leading to the increased possibility of pitch system faults, which exerts negative effects on the IPC performance. The combined effects of asymmetrical blade and tower bending together with pitch sensor faults are considered as a “co‐design” problem to minimize performance deterioration and enhance wind turbine sustainability. The essential concept is to attempt to account for all the “fault effects” in the rotor and tower systems, which can weaken the load reduction performance through IPC. Pitch sensor faults are compensated by the proposed fault‐tolerant control (FTC) strategy to attenuate the fault effects acting in the control system. The work thus constitutes a combination of IPC‐based load mitigation and FTC acting at the pitch system level. A linear quadratic regulator (LQR)‐based IPC strategy for simultaneous blade and tower loading mitigation is proposed in which the robust fault estimation is achieved using an unknown input observer (UIO), considering four different pitch sensor faults. The analysis of the combined UIO‐based FTC scheme with the LQR‐based IPC is shown to verify the robustness and effectiveness of these two systems acting together and separately.

中文翻译：

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带有变桨传感器故障补偿的风力涡轮机非对称负载降低

海上风力涡轮机承受不对称载荷（叶片，塔架等），导致结构疲劳加剧。除非对称负载外，还可能同时发生不同的故障（变桨系统故障等），从而导致减轻负载性能下降。单独的变桨控制（IPC）可以减轻转子的不对称载荷，但这伴随着变桨运动的增强，导致变桨系统故障的可能性增加，这对IPC性能产生负面影响。不对称叶片和塔架弯曲以及变桨传感器故障的综合影响被认为是“共同设计”问题，可最大程度地降低性能恶化并提高风力发电机的可持续性。基本概念是试图解决转子和塔架系统中的所有“故障影响”，这会削弱通过IPC降低负载的性能。螺距传感器故障通过建议的容错控制（FTC）策略进行补偿，以减弱作用在控制系统中的故障影响。因此，这项工作是基于IPC的负载减轻和在变桨系统级别起作用的FTC的结合。提出了一种基于线性二次调节器（LQR）的IPC策略，用于同时减轻叶片和塔架负载，其中考虑了四个不同的俯仰传感器故障，使用未知输入观测器（UIO）实现了可靠的故障估计。对结合基于UIO的FTC方案和基于LQR的IPC的分析表明，可以验证这两个系统一起单独运行的鲁棒性和有效性。螺距传感器故障通过建议的容错控制（FTC）策略进行补偿，以减弱作用在控制系统中的故障影响。因此，这项工作是基于IPC的负载减轻和在变桨系统级别起作用的FTC的结合。提出了一种基于线性二次调节器（LQR）的IPC策略，用于同时减轻叶片和塔架负载，其中考虑了四个不同的俯仰传感器故障，使用未知输入观测器（UIO）实现了可靠的故障估计。对结合基于UIO的FTC方案和基于LQR的IPC的分析表明，可以验证这两个系统一起单独运行的鲁棒性和有效性。螺距传感器故障通过建议的容错控制（FTC）策略进行补偿，以减弱作用在控制系统中的故障影响。因此，这项工作是基于IPC的负载减轻和在变桨系统级别起作用的FTC的结合。提出了一种基于线性二次调节器（LQR）的IPC策略，用于同时减轻叶片和塔架负载，其中考虑了四个不同的俯仰传感器故障，使用未知输入观测器（UIO）实现了可靠的故障估计。对结合基于UIO的FTC方案和基于LQR的IPC的分析表明，可以验证这两个系统一起单独运行的鲁棒性和有效性。因此，这项工作是基于IPC的负载减轻和在变桨系统级别起作用的FTC的结合。提出了一种基于线性二次调节器（LQR）的IPC策略，用于同时减轻叶片和塔架负载，其中考虑了四个不同的俯仰传感器故障，使用未知输入观测器（UIO）实现了可靠的故障估计。对结合基于UIO的FTC方案和基于LQR的IPC的分析表明，可以验证这两个系统一起单独运行的鲁棒性和有效性。因此，这项工作是基于IPC的负载减轻和在变桨系统级别起作用的FTC的结合。提出了一种基于线性二次调节器（LQR）的IPC策略，用于同时减轻叶片和塔架负载，其中考虑了四个不同的俯仰传感器故障，使用未知输入观测器（UIO）实现了可靠的故障估计。对结合基于UIO的FTC方案和基于LQR的IPC的分析表明，可以验证这两个系统一起单独运行的鲁棒性和有效性。