在工业生产过程中，大迟延、大惯性系统中是比较普遍却又难以控制的，并且大部分工业生产过程都具有非线性，被控对象随这系统负荷的变化而变化。利用传统串级PID对实际系统进行控制的时候，很难得到理想的控制效果，难以保证控制品质，本文针对此问题提出了基于物理机理的PID控制方法。对于大迟延系统，基于物理机理的PID控制的控制原理主要是基于被控对象和系统控制过程的物理机理，可以不用经过复杂的计算环节与补偿，使串级控制回路变为单回路控制系统，系统的结构更加简单有效，控制性能可以得到很大的提高，能适应系统负荷大范围变化的需要。由于火电厂主汽温系统为典型的大迟延、大惯性以及非线性系统，被控对象的传递函数会随着负荷的变化而发生改变，因此本文选取过热汽温为被控对象对此控制方法进行仿真验证。通过仿真结果可以表明，相对于传统串级PID控制方法，基于物理机理的PID控制大大提升了系统的控制性能，达到了更理想的控制效果。PID控制器参数整定情况如何会直接使系统的控制品质受到影响，由于控制系统的被控过程日益复杂，传统的PID控制器整定方法已经逐步不能满足现代工业生产的要求，但是随着智能控制理论的不断发展，把智能控制的理论应用到传统控制领域里，通过智能控制的理论对PID控制器的参数进行整定，可以有效的提高系统的控制品质。文章首先采用的是模糊控制的方法对基于物理机理的PID控制策略中控制器参数进行整定，由仿真实验的结果能够得出，通过参数整定以后，基于物理机理的PID控制总体上虽然得到了更好的控制品质，但由于调节时间稍长，并没有达到理想的结果。因此本文又使用了标准粒子群算法对基于物理机理的PID控制策略中的控制器参数进行整定，从仿真结果可以得出，通过标准粒子群算法对参数的整定后，明显缩短了调节时间，使基于物理机理的PID控制策略可以得到理想的控制效果。