随着技术的更新与进步，精密工程领域中测量精度不断地提高，环境温度对能否达到高精度测量有着直接影响。精密测量仪器一般需要进行温度标定，对温度引起的误差进行修正来提高测量精度，因此，研制高精密的宽温度范围的恒温控制系统具有重要意义和用途。本文在总结过去的温度控制经验的基础上，完成了恒温箱温度控制系统的具体布置和硬件设计，利用MATLAB系统辨识工具对系统进行了模型辨识。介绍了PID控制算法和模糊控制机理，对系统进行了两种控制算法的计算机仿真。系统分为制冷控制和加热控制两部分，用LabVIEW编写了系统的上位机软件，在LabVIEW中编程实现了PID制冷控制算法和进行加热控制的模糊控制器设计，采用半导体制冷片与制冷压缩机箱相结合的混合制冷方式有效减少了控制温度的过渡时间，利用模糊控制器和PWM技术实现了系统加热控制功能。实验结果表明：系统进行制冷控制时单点温度控制精度达到±0.02℃，温度场波动性小于±0.03℃，并且在引入热源的条件下仍可以保证单点的温度控制精度要求。系统进行加热控制实验证实了加热控制系统设计的可行性，实现了在一定宽温度范围内的温度控制。