亚微米精度工作台广泛应用于精密制造及检测装备,随着装备性能指标的不断提升,对工作台控制精度要求愈加苛刻。H型气浮运动平台结构对称、整体刚度大、导向摩擦极小,可作为实现亚微米控制精度的结构载体,而平台运动控制系统存在固有延时影响系统响应速度,气浮平台单向双驱动同步模型抗扰性能差,对平台位置控制和单向双驱动同步控制性能的进一步提升提出了巨大挑战。本论文依托国家重大科研项目,从工作台运动特性分析与建模、高速高精运动控制及精确同步控制三个方面展开研究,以满足精密装备对亚微米精度工作台的迫切需求。针对运动台亚微米控制精度需求,采用了一种H型气浮运动平台结构方案。为有效减少平台驱动过程中偏心扰动对运动控制的影响,采用了将电机及导轨作用力与运动部件质心相重合的方法,同时分析了气浮特性对控制精度的影响。建立了运动台沿X、Y平移方向及绕Z轴旋转方向的驱动数学模型,消除了单向双驱动因横梁连接产生的位移耦合,为精密运动控制策略的制定提供了模型基础。为实现运动台亚微米控制精度,建立了高精度运动控制模型,提出了保证系统带宽及稳定裕度的反馈参数整定方法,分析了反馈参数对运动精度的影响。为提高系统响应快速性,引入前馈控制并提出了具有延时补偿的前馈控制器参数精确整定方法,基于有限时间任务测量数据建立了关于前馈动力学参数及延时时间更新向量的目标函数,通过在高斯牛顿迭代法中引入与扰动无关的辅助变量消除辨识偏差,可精确整定前馈控制器,同时采用路径规划平移补偿非整数倍周期延时,最终减小了系统响应的稳定时间并实现了近零误差位置跟踪控制。亚微米精度运动台的单向双驱动同步性能对系统控制精度有较大影响。本文建立了同步控制模型,并提出了基于模型解耦及分数阶陷波滤波器的同步控制方法。针对同步环路中振荡模型导致系统容易失稳的问题,引入分数阶陷波滤波器改善了系统在共振频率处的相位并降低了过程敏感传函幅频峰值,可增大控制增益并快速衰减外部扰动。阐明了分数阶滤波器相对于整数阶的优势,其增加阶次为可调参数,提高了系统的抗扰性能。同时引入前馈控制补偿工作台交叉轴运动引发的偏心转矩,实现了工作台单向双驱动的精确同步控制。搭建了精密工作台实验系统,为验证反馈参数整定方法的有效性,建立频域方程并采用图解法确定了控制参数,测试了体现系统控制性能的开环传函,其能够实现频率特性要求,保证系统的带宽及稳定性;对前馈参数整定方法进行实验分析,利用工作台点到点运动数据精确辨识了前馈参数及延时时间,可整定前馈控制器与对象逆模型相匹配,实现了前馈控制目标;在同步控制环路中,所提方法可快速衰减外界扰动并能抑制偏心转矩引发的同步误差,证明了所提同步控制方法的有效性。实验结果表明,运动台单驱动轴定位精度为80.0nm,单向双驱动轴定位精度为45.0nm,本文所提方法实现了工作台亚微米控制精度。