“双碳”目标下,节能是我国现阶段经济发展中的重要课题,而工业中大多数能源的利用过程中都包含各种形式的热量传递过程,因此深入研究具有高节能潜力的换热器温度控制系统具有重要意义。换热器作为一种传热设备被广泛应用于石油化工、电力冶金、船舶工业等工业生产之中。其中,管壳式换热器是最常用的换热器类型。相关机理分析和工程实践都表明,管壳式换热器系统是一类具有大惯性、大滞后特性的复杂非线性系统,而且系统中普遍存在大量的干扰信号,传统的控制算法难以对该系统进行良好的温度控制。为此,本文针对管壳式换热器系统的模型辨识与温度控制算法进行了深入研究,主要研究工作与创新点如下:（1）针对管壳式换热器对象难以用解析法建立其数学模型的问题,将继电反馈技术应用于管壳式换热器对象的模型辨识之中。本文采用的移位继电反馈选择带滞环的偏置继电器对管壳式换热器对象进行闭环测试,通过一次移位继电测试即可辨识二阶加滞后（SOPDT）模型的所有参数。此外为了提高模型辨识精度,还在移位继电反馈测试回路之中加入了额外的积分环节。仿真结果表明移位继电反馈相较于标准继电反馈模型辨识精度更高,抗干扰能力更强,且无需额外的阶跃测试。（2）针对大多数温度对象由于存在滞后环节而难以控制的情况,介绍了几种工业中常用的温度控制算法,并通过将系数图法（CDM）控制理论与Smith预估控制器结合,设计了一种新型CDM-Smith控制器。CDM-Smith控制器利用Smith预估环节抑制甚至消除滞后环节对于闭环控制系统的负面影响,并根据CDM控制理论合理设计控制器的结构与参数以获得良好的闭环系统动态响应。仿真结果表明,当估计模型与实际对象完全匹配时,CDM-Smith控制系统的控制过程平稳,几乎没有超调,且抗干扰能力强,与常规温度算法相比具有更加优秀的控制性能。（3）CDM-Smith控制器由于采用了Smith预估器所以对模型的精确性要求较高,若估计模型与实际对象模型存在一定失配时,其控制性能将大打折扣。因此本文基于预测PI控制策略,针对管壳式换热器对象提出了一种双预测PID控制器,该控制器在一定模型失配下仍具有良好的控制性能,降低了对于模型精确性的要求,优化了控制系统的鲁棒性。通过仿真表明,基于移位继电反馈的双预测PID控制系统具有良好的设定点跟踪性能与干扰抑制性能,是一类适用于管壳式换热器对象的先进控制系统。（4）为了给控制系统与实际对象的结合应用打下基础,需要考虑对控制系统进行工程化设计,因此本文基于OPTO22的SNAP系列软件对管壳式换热器的双预测PID控制系统进行工程化设计。分别研究了工程化软件开发环境的配置、双预测PID控制器的离散化、数据通讯的配置以及人机交互界面（HMI）的设计。系统仿真运行测试表明基于OPTO22 SNAP设计的工程化控制系统响应速度快,抗干扰能力强,且可以从HMI中的实时监控曲线看出该管壳式换热器温度控制系统的控制性能满足实际要求。