本发明公开了一种改善水泵水轮机疲劳应力的尾水管导流栅优化试验装置及控制方法，该装置包括尾水管本体和监测组件，尾水管本体为锥形管，尾水管本体安装于模型水轮机转轮出口的正下方；尾水管本体中安装有用于抑制涡带和回流的导流组件，导流组件包括多根呈条状体的导流叶片；尾水管本体的外侧安装有用于调节导流叶片倾斜角度的调节组件。通过监测组件、导流组件和调节组件，可以通过监测组件采集模型水泵水轮机和尾水管本体中的数据，并根据采集的数据控制调节组件，通过调节组件调节导流叶片的倾斜角度，确定最佳的导流栅倾角，使模型水泵水轮机在不同负荷工况下转轮所受应力和频率均在限定范围内，并维持较高的运行效率。