在能源消耗与环境污染日益严重的今天，水电作为一种清洁可再生能源越来越受到重视。水轮发电机是水力发电的核心设备，随着生产生活的需要，水轮发电机的单机容量越来越大，使得机组振动和调速系统自动化水平不高等问题越来越突出，不仅困扰着我国水电技术人员也是世界同行研究的重点。因此，研究减小机组的振动并提高调速系统的自动化控制程度具有十分重要的意义。本文以某悬式水轮发电机为研究对象，建立其定子与转子的耦合模型，并进行分析，找出上机架径向振动过大的原因，并对其结构进行优化设计，同时利用MATLAB/Simulink建立水轮发电机调速系统的仿真模型进行仿真，比较模糊PID与PID控制下的调速系统的优缺点。第一，根据哈尔滨电机厂有限责任公司提供的某悬式水轮发电机结构图以及数据参数，利用有限元软件ADINA建立水轮发电机定子与转子的耦合计算模型。第二，通过对耦合模型进行模态分析和谐响应分析，得到了上机架径向振动频率和振动双幅值，并计算了上机架径向动刚度随激振频率的变化情况，为以后的产品设计提供理论依据，同时根据灵敏度原理，采用拉丁超立方实验设计方法对上机架结构进行了优化设计。第三，利用MATLAB/Simulink建立了基于模糊PID与PID控制的水轮发电机调速系统开机和负荷扰动及甩100%负荷仿真模型，通过仿真分析，得到了模糊PID与PID控制的水轮发电机在不同工况下的转速、导叶开度和水力矩变化情况，比较了两种控制方法的控制效果，为模糊PID运用于水轮发电机的控制提供了参考。