在“碳达峰”和“碳中和”的大背景下,能源将持续从化石能源向太阳能、风能、水能、核能等新能源转型,而天然气在其中承担着桥梁作用。以天然气为燃料的燃气热水器在继“西气东输”、“煤改气”等工程后又会迎来新一轮的快速发展。燃气热水器使用过程中经常存在加热时间慢和水温不稳定等问题,这些问题会大大影响使用舒适度,而使用舒适度是目前燃气热水器产品的核心竞争力。温度控制作为燃气热水器使用舒适度的关键,如何提高系统调节时间、减少超调量和提高系统抗干扰能力成为本文研究的课题。本文首先介绍了燃气热水器的基本结构和工作原理,然后对燃气热水器系统进行了数学模型的建立,推导出燃气热水器模型为一阶惯性加上纯滞后环节的FOPDT（First Order Plus Dead Time）模型,再通过最小二乘法对模型参数进行系统辨识,根据辨识的结果利用水流量对系统各个参数进行了拟合,为后续控制器设计奠定了基础。其次,在已经建立的燃气热水器模型的基础上,针对燃气热水器因存在点火、换热、管路和传感器测量等因素产生的时滞使系统稳定裕度降低,容易产生振荡的问题,设计了PI+Smith的复合控制方案来提高系统稳定性,减少系统的调节时间和超调量。然后利用基于内模控制的PI参数整定法来实现控制器的参数自整定,以获得系统期望的动态性能。此外,针对燃气热水器水温易受进水温度、环境温度和水流量变化所产生的外部干扰和系统不确定性影响的问题,设计了考虑纯滞后环节和模型失配的干扰观测器,并在此基础上设计了P+Smith+DOB（Disturbance Observer）的复合控制方案,以提高系统的抗干扰性能。最后,为了验证控制算法的性能,分别对控制系统的动态性能,稳态性能和抗干扰性能进行了实验测试。实验结果表明所设计的控制算法满足了设计指标要求,有效提升了燃气热水器的使用舒适性。