随着同步发电机单机容量的增加和电网规模的增大，电力系统对同步发电机励磁控制在可靠性和动态品质等方面提出了越来越高的要求。现在的被控过程也在日益的复杂化，被控系统的数学模型也随之变得不太精确，传统的常规PID控制已经在励磁控制系统静态和动态性能方面显示出了一些不足。
　　为了克服以上这个缺点，国内外学者将PID控制理论同分数阶控制理论相结合，扬长避短，研究出了一种更为普通的分数阶PID励磁控制器，不但继承了常规PID控制器的一切优点，又增加了控制器参数调节的自由度，使得其控制效果明显得到改善。
　　本文分析了同步发电机励磁控制规律的发展现状，结合分数阶控制理论，在常规PID励磁控制下，针对同步发电机励磁被控对象的特点提出一种新型的分数阶P ID控制器。并从分数阶控制理论的数学基础出发，对该分数阶PID控制器做了详细的介绍，用 M-函数封装出了控制器中的分数阶积分和分数阶微分环节，进而设计出了分数阶PID控制器，又通过粒子群优化算法对分数阶PID控制器的参数进行了整定优化，将参数优化后的分数阶PID控制器同常规PID控制器做了方针对比，从控制效果看，这种分数阶PID控制器在控制精度、系统超调、响应速度上、控制器的鲁棒性上等都优于同等条件下参数最优配置的常规PID控制器。最后，在分析同步发电机励磁控制系统原理的基础上，推导并建立了以状态方程表示的单机—无穷大系统的数学模型，和从研究同步发电机动态特性入手，经过分析励磁控制系统的各组成模块，建立的系统传递函数模型两个角度，在MATLAB/Simulink仿真软件下，对同一模型应用设计的分数阶PID励磁控制器同常规PID励磁控制器做了对比，仿真结果表明：在同步发电机励磁控制系统的传递函数模型下，分数阶PID控制器控制的精确性、灵活性和鲁棒性都优于常规PID控制器；同时在同步发电机单机—无穷大系统的数学模型下，系统发生三相短路、单相短路故障时，分数阶PID控制器在故障时电压降落、电磁功率的改变以及发电机转子振荡方面都较常规PID控制器的性能更优越，并且也能最快达到稳定以及改善系统的控制性能和提高系统鲁棒性。