在微纳米测量和控制领域里,都需要高精度的恒温、恒湿、洁净抗振的环境空间,对环境的精密控制是实现高精度测量的基础,世界上许多研究机构非常重视对微纳米测量环境的研究。目前,一般将微纳米测量等高精密仪器设备放置在恒温恒湿洁净室里,人员的活动也在其中,而真正需要高精密环境的只是测量仪器本身,因此研究小型的高精密的恒温、恒室、洁净抗振的微纳米测控设备工作环境具有重要的科学意义和工程应用价值。本文主要研究微纳米测量环境控制机理和保障系统的设计与实现,并建立一个高精密恒温恒湿抗振洁净的环境空间,以保证微纳米测量设备的正常工作。本研究的预期目标为:温度控制20℃±0.05℃,相对湿度50%±2%RH,振动小于10μm/s,洁净度为1000~10000级。围绕上述目标,论文的主要工作和取得的成果如下:(1)高精密温度测量与控制系统研究为实现对测量环境温度的高精密控制,达到波动度小于±0.05℃的指标,本文着重研究了采用半导体制冷技术实现对系统温度的控制机理和高精度温度闭环控制技术。本文主要以PID控制算法为研究对象,探讨了多种PID控制方式的优缺点和性能,并将模糊推理引入到PID控制策略中,完成了基于模糊推理的自整定PID控制策略的研究。文中利用Matlab对不同的控制算法进行了仿真实验。实验证明模糊自整定PID控制算法的控制效果能满足系统温度控制的指标要求。(2)恒温腔气流的组织和环境控制箱的结构优化研究由于恒温腔气流的组织对温度场的均匀性具有至关重要的作用。因此,本文通过对环境控制箱的结构设计的优化和气流组织形态的深入研究,采用数值分析方法和CFD软件模拟恒温恒湿恒温腔内气流组织,设计出合理的三腔组合式的箱体结构和先进的三箱分离式的箱体结构,通过对恒温腔的恒温气流进行有效的组织以尽快达到温度的动态平衡外,还可以将恒温腔内的局部热源进行隔离,达到温度场的均匀化,以满足温度控制精度要求及均匀性指标。(3)测量环境的抗振和隔振研究为消除环境振动对高精度的微纳米测量的影响,本文对振动隔离的机理进行了研究,提出了一套针对微纳米测量的振动隔离方案,设计了一套两级被动隔振系统,并对被动隔振系统的隔振性能进行了实际的测试与分析,基本达到了系统的设计要求。(4)控制方法和集成控制系统的研究本文研究开发了基于PC的多功能的集成控制系统。利用TEC(半导体制冷芯片)、程控电源、精密温度测量系统等组建了温度测量与控制系统,利用系统辨识理论以及MATLAB中的系统辨识工具确定系统的数学模型,使用各种控制方法对系统进行在线仿真,并选取其中控制效果好的方法作为系统的控制策略,程序采用MALTAB和LabVIEW混合编制的方法,并对环境等因素施以实时补偿,实现了对恒温腔的温度湿度以及风量的控制,以满足智能化测量和控制的需求。理论研究和实验结果表明,本文所设计的恒温、恒湿、洁净抗振的微纳米测量环境控制箱,达到了预期的设计目标。