国内考古量近年急剧增加,但是由于技术的匮乏,文物保护条件简陋,导致文物出土后受到严重破坏,另外,文物出土之后马上进行研究能保证文物信息的完整。能够满足出土现场最佳保存和研究环境的设备既是必要的也是紧缺的。不足之处是,国内现在只出现了小型的充氮保护设备,已有的研究表明,此种设备并不能达到很高的有效性。本课题中的文物研究低氧实验舱正是在这样的背景下完成的。本文针对满足文物保存和研究环境的功能性要求,旨在建立博物馆文物保存环境级别的出土现场实验舱。舱内主要控制的参数是:氧气浓度、温湿度、二氧化碳浓度、光照度、压强变化等。建立的保存和研究环境是:富氮低氧、可调节的满足不同文物存放要求的舱内温湿度、光照度条件,同时,严格控制舱内环境调节过程中的压强变化,避免压强变化过快过大对存储的文物以及舱内研究人员造成的影响。具体研究内容及过程如下:首先,完成了实验舱系统的各个子系统的设计,以西门子1215PLC为主控CPU建立了实验舱的环境控制系统。其次,基于一维定常等熵流动理论,推导了可压缩流体在管道内以前后高低压端压力比为自变量的流量表达式,运用WINCC和MATLAB平台联合拟合得到真空泵、调节阀两个重要的执行器的实际流量特性表达式,确定了电动调节阀流量的理论推导公式和经验公式的适用范围,并对公式进行了修正,另外,对真空泵流量理论公式进行了修正,建立了更贴近系统真实情况的数学模型。分析了舱内氧气浓度调节的两种方式的区别,找到适合文物舱进行调节的方式,并整定了PID调节过程参数。实验证明,舱内氧气浓度调节过程的控制过程速度快,鲁棒性强。另外,设计了LED灯带的PWM控制方式用于控制舱内光照度,设计了舱内温湿度控制的方法。实验证明,舱内参数的调节过程满足设计误差,能够达到控制要求。最后,本文设计了实验舱系统的控制系统和触摸屏HMI组态,完成现场控制以及人机交互管理。设计了远程控制系统以及web主站浏览,提供给操作者完善、便捷的系统运行控制、监测和数据保存手段,拓展了系统的控制和管理接口。