水轮机调节系统是一个集水力、机械、电气为一体的具有非线性和非最小相位的复杂控制系统。该系统的控制器不仅能实现对水轮发电机组转速和出力的调节与控制,同时还是保证水轮发电机组安全稳定运行的核心设备。在对水轮机调节系统特性进行分析研究的基础上,建立能反映其本质特性的数学模型并研究合理可靠的控制策略以及过渡过程计算方法具有重要的理论意义和工程价值。由于水轮机调节系统具有强非线性,基于经典线性控制理论的方法仅能解决水轮机调节系统在”小波动”条件下的分析与综合问题,难以从根本上解决由于非线性造成的模型失配产生的稳定性和调节性能问题。为此,本文在建立水轮机调节系统非线性模型的基础上,通过数学变换得到水轮机调节系统的线性参数不确定模型;针对水轮机调节系统的线性参数不确定离散模型,为了运用状态反馈对其进行区域极点配置,将其极点配置区域等价转换成一类线性矩阵不等式描述的区域,从而得到其鲁棒D稳定判据以及相应的状态反馈矩阵;为了综合考虑系统的鲁棒D稳定性和动态性能,提出了一种基于使用斐波那契法优化控制参数的鲁棒D稳定控制器设计方法;针对水轮机调节系统的非线性离散仿真模型,研究了基于内、外循环搜索的闭环过渡过程数值计算方法;分别运用所设计的鲁棒D稳定控制器和PID控制器对某机组进行不同水头下的空载扰动仿真试验和不同初始工况下的负荷扰动仿真试验;试验结果表明,与PID控制器相比,鲁棒D稳定控制器不仅能使水轮机调节系统获得更强的对非线性的适应能力,而且还能获得满意的动态性能。