近年来,非线性状态观测器已广泛的被研究和应用,尤其是在热工机组中。随着火电厂大容量、高参数机组的不断增加,对热工自动化的要求也日益提高。在火电厂单元机组控制中,过热蒸汽温度是整个流程中的最高温度,过热汽温的控制影响到整个系统的安全与效率。目前,火电厂的锅炉过热汽温控制大部分仍然采用PID控制,而常规的PID控制器的参数整定一般依赖于被控对象的数学模型,而且过热汽温控制系统属于大惯量、大延迟的非线性系统,使得控制的难度大大增加。本文建立了过热汽温控制系统包括传递函数和状态空间表达式非线性数学模型,设计了一种非线性状态观测器,并基于非线性状态观测器设计了状态反馈控制的闭环控制系统,并将其应用于过热汽温控制系统。通过配置过热汽温控制系统状态观测器的极点使得观测器输出能渐进稳定于原系统的状态变量,即观测器能满足控制性能的要求。对基于非线性状态观测器设计的过热汽温控制系统的闭环控制系统,在不同负荷下的响应特性进行了分析,并与传统PID控制系统和基于状态变量多模型的过热汽温控制系统进行了比较,仿真结果表明基于状态观测器的闭环控制系统优于PID控制系统,既有比较快的响应速度,又有相对较小的超调量,有较好的控制性能,取得了与基于状态变量多模型的过热汽温控制系统相近的效果。