励磁控制器是同步发电机励磁系统的重要组成部分，对同步发电机乃至整个电力系统的安全稳定运行都有着非常重要的影响。随着电力系统规模的不断增大，系统结构和运行方式日趋复杂，对同步电机励磁控制器运行的可靠性、稳定性、经济性和灵活性提出了更高的要求。自抗扰控制器通过对系统未知扰动和不确定量进行估计，并将估计量反馈回控制系统中，从而实现系统的动态线性化。该理论思想独特，方法简单，对于具有非线性和时变特性的水轮发电机组励磁系统尤为适用。本文在分析水轮发电机组五阶模型的基础上，研究了单机无穷大系统的自抗扰算法标准形式，并针对高阶模型设计了励磁控制系统，通过仿真模拟证实了该理论的正确性与有效性，从而为设计对强非线性和不确定强扰动都能保证很高的控制精度的可靠的励磁控制策略作理论上的支持。其次，本文根据自抗扰控制器和其中扩张状态观测器的特性，把神经网络与自抗扰控制理论相结合，用神经网络补偿控制对象的部分变化，从而减轻扩张状态观测器的负担，获得了“鲁棒性”更强的基于神经网络的自抗扰控制器。通过仿真比较，证实了基于神经网络的自抗扰控制器能对参数变化范围更广的励磁系统进行有效控制。