分数阶微积分是数学研究领域中新兴的研究方向，它是整数阶微积分延伸出来的理论，是任意阶的微积分理论，具有一般性。随着分数阶微积分理论的研究日渐成熟，渐渐地分数阶微积分理论开始应用于控制领域，并取得了不断地发展。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PIλDμ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。目前对于分数阶PIλDμ控制器理论和应用的研究还不够成熟，需要更进一步地解决其中存在的问题。本文从分数阶PIλDμ控制器工程应用角度考虑，在前人研究的基础上，对分数阶PIλDμ控制器的数字实现、参数性能、参数优化、工程应用等方面作了详细的研究工作。首先对分数阶微积分及分数阶PIλDμ控制器的研究意义、发展现状作了较详细的归纳总结。其次对分数阶PIλDμ控制器的基础理论、结构描述进行了介绍，重点研究了分数阶PIλDμ控制器的数字实现算法，其中包括短记忆数字实现法、Tustin+CFE数字实现法和Oustaloup滤波器数字实现法，并对这些算法的近似效果做了详细的仿真实验研究。然后对分数阶PIλDμ控制器的一些特性进行了研究，其中有分数阶PIλDμ控制器参数变化对闭环系统的影响，仿真结果证明分数阶PIλDμ控制器比例参数Kp、积分参数Ki、微分参数Kd与整数阶PID控制器的参数作用基本相同，而积分阶次λ主要影响系统的稳态精度，微分阶次μ主要影响系统的超调，并且分数阶PIλDμ控制器对自身参数变化和被控系统参数的变化有较强的鲁棒性。随之又对分数阶PIλDμ控制器的参数优化问题提出解决方法，采用粒子群优化算法和差分进化优化算法对分数阶PIλDμ控制器进行参数优化，可以得到最优的参数，取得较好的控制效果，解决了由于分数阶PIλDμ控制器参数过多难于整定的问题。最后为了体现分数阶PIλDμ控制器实际的工程应用价值，针对双容水箱液位控制对象，搭建了基于CompactLogix的PLC控制系统，完成了液位对象建模，并在RSLogix5000编程环境中，运用结构化文本语言实现了分数阶PIλDμ控制器算法，实验完成了分数阶PIλDμ控制器对液位对象的控制及性能分析，为分数阶PIλDμ控制器在工业领域的应用做了基础性研究。