本文以单机无穷大系统和四机两区域的同步发电机励磁系统作为课题研究对象，针对电力系统的强非线性和不确定因素等特点，分别设计了发电机励磁系统的非线性协调鲁棒控制器、基于扩张状态观测器（ESO： extended stateobserver）的多目标最优滑模鲁棒励磁控制器和多机系统的最优滑模鲁棒励磁控制器。具体内容如下：1．针对微分几何精确反馈线性化需要大量的坐标变换，计算复杂以及电力系统存在强非线性、模型误差、不确定干扰等特点，结合直接反馈线性化（DFL：direct feedback linearization）和非线性鲁棒控制理论设计了一种以功角和发电机端电压为控制目标的控制律的协调励磁控制器。仿真表明，该控制律不但能提高发电机端电压的控制精度，还能有效地提高整个发电机组的运行稳定性，并能有效地抑制不确定干扰。2．针对电力系统存在强非线性以及存在不确定扰动的特点，将线性二次型最优控制与积分滑模控制相结合，设计了一种多目标最优滑模鲁棒励磁控制器。用ESO对系统的非线性动态实时估计，并通过反馈实现线性化；采用积分滑模控制解决传统最优控制器存在的问题。单机无穷大系统的仿真结果显示，该控制律改善了系统的电压和功角稳定性，对于不确定性因素有较强的鲁棒性。3．针对多机电力系统非线性以及存在不确定扰动的特点，利用线性二次型最优控制和积分滑模控制理论，设计了最优滑模鲁棒励磁控制器。用ESO对多机电力系统的非线性动态实时估计，并通过反馈实现动态补偿线性化；采用积分滑模对传统最优控制器鲁棒化。两区四机系统的仿真结果显示，该鲁棒控制律制能够有效地改善多机电力系统在大干扰下地暂态稳定性，对于系统的不确定性扰动有较强的鲁棒性。