风机变桨控制基于 FAST 与 MATLAB SIMULINK 联合仿真模型
摘要：
本文针对非线性风力发电机的风机变桨控制问题，提出了基于 FAST 与 MATLAB SIMULINK 联合仿真
模型的 PID 独立变桨和统一变桨控制方法。通过对 5WM 非线性风机进行控制，利用 simulink 的
scope 生成转速对比、桨距角对比、叶片挥舞力矩、轮毂处偏航力矩、俯仰力矩等载荷数据对比图，
并在 trubsim 生成的 3D 湍流风环境下进行模拟。其中，统一变桨反馈信号为转速，独立变桨反馈为
叶根载荷。该模型结合了 openfast 与 matlab simulink 联合仿真的建模方法，并采用了 NREL
提供的 5MW 风机参数进行建模。
关键词：风机变桨控制；FAST；MATLAB SIMULINK；联合仿真；非线性风力发电机
1. 引言
风力发电作为可再生能源的重要组成部分，具有环保、可持续等优势。风力发电机的效能和稳定性直
接影响着整个发电系统的运行效果。风机变桨控制技术作为提高风力发电机性能的重要手段之一，受
到了广泛关注。本文旨在通过 FAST 与 MATLAB SIMULINK 联合仿真模型，研究非线性风力发电机的
风机变桨控制问题，并通过数值模拟得到相关控制指标。
2. 理论基础
2.1. FAST
FAST（Fatigue, Aerodynamics, Structures, and Turbulence）是一种用于风力发电机
系统建模和仿真的软件。其具有高效率、精确度高等优点，被广泛应用于风力发电领域。本文采用
FAST 作为风力发电机的模拟平台，通过其强大的仿真功能，实现风机变桨控制的模型建立和参数调
优。
2.2. MATLAB SIMULINK
MATLAB SIMULINK 是 MATLAB 软件中的一个功能模块，用于进行动态系统的建模与仿真。其直观的
图形界面使得建模过程更加直观、方便。本文利用 MATLAB SIMULINK 搭建了风机变桨控制的仿真模
型，并通过联合仿真与 FAST 进行数据交互，实现了真实场景下的风机控制效果评估。
3. 方法与实现
3.1. 风机变桨控制模型建立
在本文中，采用了 NREL 提供的 5MW 风机参数进行建模。通过 FAST 软件将风机的气动、结构以及湍
流风场等特性建模，并得到相应的传感器输出数据。然后，利用 MATLAB SIMULINK 搭建了对应的风
机变桨控制系统，包括 PID 独立变桨和统一变桨控制器。
3.2. 联合仿真
