以集成电路(Integration Circuit,IC)为代表的半导体技术的高速发展推动着社会的进步。随着IC的最小特征尺寸向小于30nm的方向发展,作为IC制造光刻技术中的核心部件,光刻投影物镜的像差对成像质量的影响越来越突出。而压电促动器作为物镜光学元件调节机构的核心驱动器件,可以实时补偿像散、球差与畸变等像差,极大地改善投影物镜的成像质量。因此,本论文采用以下方法对压电促动器的建模和控制进行了深入研究,实现了稳态误差小于20nm和调节时间少于0.15s的微米级位移控制,满足了高NA光刻投影物镜高精度像差补偿的需求。1、分析了电容位移传感器、光栅尺与激光测长干涉仪的工作原理,通过实验测试了各自的位移测量噪声,得出了在纳米级精度闭环控制中这三种传感器的适用场合。2、研究了叠堆式压电促动器的迟滞特性,建立了模糊迟滞模型,设计了自适应模糊内模控制算法,分析了算法的稳定性,进行了正弦轨迹跟踪的高精度闭环控制实验。此外,设计了叠堆式压电促动器驱动的移相器系统,借助于外部高精度激光测长干涉仪的位移测量校正,使用半闭环控制方法,实现了3nm的重复定位精度。3、分析了准静态情况下行走式压电促动器位移与电压的关系,对比验证了不同驱动波形下的运动特性,建立了行走式压电促动器系统的动态线性模型,基于频率响应实验数据进行了系统辨识。设计了路径规划、速度前馈、PID反馈和重复学习控制算法,对行走式压电促动器系统进行了定位和轨迹跟踪的高精度闭环控制实验。4、分析了压电促动器在光刻物镜中的应用场景,针对其中的像差补偿轴向调节机构与六自由度调节机构的纳米级精度位移调节控制应用,研究了行程、位移分辨率、调节时间、稳态误差以及闭环控制调节时光学元件面形的变化。