分数阶微积分出现了300多年,而分数阶控制理论却是一个全新的概念。但是,随着分数阶微积分理论的不断发展,越来越多的专家和学者注意到分数阶控制理论对于系统建模和系统控制的优越性。其中将分数阶微积分理论与PID控制技术相结合而产生的分数阶PI~λD~μ控制器,为控制理论和控制工程的研究开辟了一个新的方向。对分数阶PI~λD~μ控制器的研究与应用已成为一个热门问题。本文从分数阶微积分理论出发,分析研究了分数阶PI~λD~μ控制器的性质以及整定方法,并应用到了主汽温串级控制系统中。首先分析了分数阶微积分的理论基础,介绍了分数阶PI~λD~μ控制器的基本原理、实现方法以及参数变化对其控制性能的影响。接着针对主汽温系统大惯性、大时延和时变性的特点,在串级控制系统中采用了分数阶PI~λD~μ控制器,并为了能快速的整定出控制器,提出了一种简单的工程整定方法。基于主汽温控制系统验证了分数阶PI~λD~μ控制器的有效性和鲁棒性。最后为了得到最优的分数阶PI~λD~μ控制器,采用粒子群算法对其进行参数优化,对两种不同方法得到的分数阶PI~λD~μ控制器进行比较,仿真结果表明,粒子群算法比第三章提出的工程整定法更优,得到的控制器控制效果更好。