To enhance the reliability of wind turbine generation systems that are generally located in the remote area and subjected to harsh environment, we design the pitch angle control for variable speed wind turbines with the function of fault diagnosis and fault tolerance. The main fault targeted in this research is the mechanical wear and possible break of the blade, pitch gear set or shaft, which cause shaft rotary friction change. The proposed method uses a disturbance observer to diagnose the fault. The estimated fault is used for component assessment and later maintenance. The fault-tolerant control is achieved using a full-order terminal sliding mode control combined with an adaptive neural network estimator. With the compensation of the adaptive estimator, the post-fault states can be driven onto the sliding surface and converge to a small area around the origin. The full-order terminal sliding mode control ensures the state convergence in finite time. The Lyapunov method is used to derive the control law, so that the closed-loop post-fault stability and the convergence of the adaptive estimator adaptation are both guaranteed. The computer simulations of the pitch angle control based on a 5-MW variable-speed variable-pitch angle wind turbine model are conducted with different types of fault simulated. A third-order nonlinear state space model with fault term is derived, and real physical parameters are applied in the simulations. The simulation results demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed scheme and the potential of real-world applications.

为了提高通常位于偏远地区且遭受恶劣环境的风力发电系统的可靠性，我们设计了具有故障诊断和容错功能的变速风力发电机的俯仰角控制。本研究的主要故障是叶片，变桨齿轮组或轴的机械磨损以及可能的断裂，这些磨损会导致轴旋转摩擦发生变化。所提出的方法使用干扰观测器来诊断故障。估计的故障用于组件评估和以后的维护。容错控制是通过使用全阶终端滑模控制与自适应神经网络估计器相结合来实现的。在自适应估算器的补偿下，故障后状态可以驱动到滑动表面上并收敛到原点周围的一小部分区域。全阶终端滑模控制确保状态在有限时间内收敛。利用Lyapunov方法导出控制律，从而保证了闭环故障后的稳定性和自适应估计器自适应的收敛性。针对不同类型的故障，对基于5-MW变速变桨角风力涡轮机模型的变桨角控制进行了计算机模拟。推导了带有故障项的三阶非线性状态空间模型，并将真实的物理参数应用于仿真。仿真结果证明了该方案的可行性和有效性以及实际应用的潜力。全阶终端滑模控制确保状态在有限时间内收敛。利用Lyapunov方法导出控制律，从而保证了闭环故障后的稳定性和自适应估计器自适应的收敛性。针对不同类型的故障，对基于5-MW变速变桨角风力发电机模型的变桨角控制进行了计算机模拟。推导了带有故障项的三阶非线性状态空间模型，并将真实的物理参数应用于仿真。仿真结果证明了该方案的可行性和有效性以及实际应用的潜力。全阶终端滑模控制确保状态在有限时间内收敛。利用Lyapunov方法导出控制律，从而保证了闭环故障后的稳定性和自适应估计器自适应的收敛性。针对不同类型的故障，对基于5-MW变速变桨角风力涡轮机模型的变桨角控制进行了计算机模拟。推导了带有故障项的三阶非线性状态空间模型，并将真实的物理参数应用于仿真。仿真结果证明了该方案的可行性和有效性以及在实际应用中的潜力。这样既保证了闭环故障后的稳定性，又保证了自适应估计器的收敛性。针对不同类型的故障，对基于5-MW变速变桨角风力发电机模型的变桨角控制进行了计算机模拟。推导了带有故障项的三阶非线性状态空间模型，并将真实的物理参数应用于仿真。仿真结果证明了该方案的可行性和有效性以及实际应用的潜力。这样既保证了闭环故障后的稳定性，又保证了自适应估计器的收敛性。针对不同类型的故障，对基于5-MW变速变桨角风力发电机模型的变桨角控制进行了计算机模拟。推导了带有故障项的三阶非线性状态空间模型，并将真实的物理参数应用于仿真。仿真结果证明了该方案的可行性和有效性以及实际应用的潜力。推导了具有故障项的三阶非线性状态空间模型，并将真实的物理参数应用于仿真。仿真结果证明了该方案的可行性和有效性以及实际应用的潜力。推导了具有故障项的三阶非线性状态空间模型，并将真实的物理参数应用于仿真。仿真结果证明了该方案的可行性和有效性以及实际应用的潜力。