Альтернатива ПИДу. Ненужная ерунда, или давно известный велосипед?

[o_nik]

Решил разработать регулятор, работающий на основе физической модели с привлечением элементов предуправления.

Мне кажется, или Вы недавно отучились в вузе?) ... Столько оптимизма

Если полная тепловая энергия ниже целевой, нагреватель включен на полную.
Если полная тепловая энергия выше целевой, нагреватель выключен.
В случае равенства мощность нагревателя выбирается равной вычисленным тепловым потерям.

Судя по описанию, сам ваш регулятор гораздо проще ПИД, но содержит дополнительные вычисления для частного использования.
Вообще, можно попробовать глянуть в сторону FuzzyLogic управления.

В случае равенства мощность нагревателя выбирается равной вычисленным тепловым потерям.

Обычно, нагреватели управляются дискретно включен/выключен.
Если он с какого-то рода симисторным управлением, имитирующим управление мощностью (температурой нагрева), значит модель самого нагревателя тоже надо учитывать (дискретную). Может, конечно, я не прав.

Например при постоянной отстройке управление растет не линейно, а ускоренно

Линейно работает П-регулятор.
ПИД-регулятор на то и имеет 3 коэффицента, чтобы "пропорционировать", "опережать (ускоряться)" и учитывать наработку "в прошлом". Если не устраивает ПИД-регулятор из коробки, реализацию дифференцирования можно написать самому с дискретизацией как вам удобно.

имеет смысл описанное вообще или ерунда всё это?=)

Имеет, если вы:
1. в состоянии составить полную мат. модель реальной системы (что по моему мнению очень сложно на практике).
2. учесть в модели, что она на самом деле дискретна, а методики синтеза в основном для непрерывных систем (применить теорему Котельникова-Шеннона, если получается,... или опечалиться)
3. синтезировать оптимальный регулятор, используя полученные знания за 5-6 лет вуза (потратив мнооого времени)
4. объект управления - шаттл с посадкой на вертикальную платформу, а не обогрев курятника

Синтезированный регулятор будет естественно лучше ПИД, и настраивать его не придется методом научного тыка, но на практике это как правило не реально, трудозатратно, немозгохватаемо (это я про себя если что ), не поставить на поток, недостаточно времени, недостаточно сведений для составления мат. модели, т.к. используются датчики и исполнительные механизмы с начинкой "черный ящик".