作为流程工业一类基本操作单元设备,换热器在石油、化工、动力及食品等多种工业生产过程中具有十分广泛的应用。通过研究夹套式换热器动态输入输出关系,建立换热过程实时仿真控制系统,对于换热器过程控制系统设计、优化、参数调试及生产过程实习培训等实践活动具有重要的参考和指导意义。本文从物料守恒和能量守恒定理出发,对夹套式换热器的换热过程及控制过程进行动态建模。首先,分析夹套式换热器的工作原理,采用机理构造法建立夹套式换热器的数学模型,基于组态王工控软件脚本语言开发和设计了夹套式换热器实时仿真系统。其次,研究了PID控制算法对换热器液位及温度的控制,并进行了闭环仿真测试。在入口流量、换热源温度、进料温度等扰动条件下,详细分析了设备的稳定性,针对换热器温度模型滞后的特点,构建了微分跟踪-Smith预估补偿控制器对温度进行控制。实验结果说明,微分跟踪-Smith预估补偿控制器控制效果良好,能够消除温度滞后的影响,提高了控制系统的稳定性。在超调量、调节时间、扰动时间等各项指标方面均达到并超过预期要求。基于组态王搭建的夹套式换热器实时仿真实训平台可以有效的模拟换热器各种工况下的操作和控制过程,可实时显示温度、液位等的工艺参数数据及实时趋势。在此基础上,从多输入多输出角度,分析和研究了夹套式换热器温度和液位回路之间的耦合关系,利用MATLAB工具建立了换热器MIMO关系模型,设计了解耦控制算法。仿真结果表明,实施解耦控制后,系统在设定值跟踪和干扰克服性能方面均有较大幅度提升。