本公开涉及一种磁悬浮转子系统及其极微振动控制方法和控制装置，该控制方法包括：获取质心位置处的转子动力学模型，并基于该转子动力学模型推导得到磁轴承位置处的不平衡振动模型；其后，结合基于转子的位置信息得到的磁轴承位置处的位移测量信号，建立系统模型；基于自抗扰控制原理，将系统模型引入扰动分离扩张状态观测器，同步精确估计系统各通道的位移、不平衡量及其他扰动参量，基于此，建立自抗扰控制器，可使转子绕惯性轴旋转，实现系统的极微振动控制。本技术方案具有控制精度高、抗扰能力强和可实现闭环振动抑制等优点，有利于实现精密仪器设备加工制造中磁悬浮分子泵的高性能运行，及航天器姿态控制中磁悬浮控制力矩陀螺的稳定控制。