大行程纳米级定位技术是纳米测量和制造中的关键技术,在半导体制造和器件检测装备以及工厂自动化中有着广泛的应用。针对压电陶瓷驱动纳米定位平台和宏微结合纳米定位平台存在的问题,本文采用电磁直接驱动的方式实现大行程纳米定位,对定位平台的磁场分析和计算、设计和控制模型等问题进行了研究。首先,考虑永磁体阵列在端部的磁场畸变和衰减,分别采用数值解法和半解析法对有限长不规则形状永磁体阵列的磁场进行精确的求解。在数值解法方面,本文针对磁场计算的开域问题,提出了开域微分求积有限元法。通过缩放函数和广义混合函数,将形状不规则的无限计算域变换成矩形有限计算域;最后,根据微分求积法则和边界条件,精确求解了不规则形状永磁体阵列的端部磁场。在半解析法方面,采用基于Fourier级数展开的长周期半解析法,考虑磁块间连续或有间隙两种情况,使用长周期进行Fourier级数的展开,获得了考虑端部效应的磁场通用表达形式。验证表明,本文两种方法的计算结果有效。其次,永磁体阵列合适的形状可以改善磁场分布,提高推力性能,是保障大行程纳米级定位平台性能的重要因素。本文提出三种新型形状的永磁体阵列,即侧向正弦曲线Halbach永磁体阵列、底部曲线Halbach永磁体阵列和曲线边梯形Halbach永磁体阵列。采用上述新型数值解法和半解析法对这三种新型永磁体阵列进行磁场的求解和优化。结果表明,与矩形或梯形Halbach永磁体阵列相比,三种新型Halbach永磁体阵列显著减小了磁场谐波含量和推力波动,具有一定的工程应用价值。然后,本文进行了大行程纳米级电磁直驱定位平台的总体设计和参数的计算、仿真和验证,包括电涡流阻尼器的设计,致动器推力、永磁体阵列磁链和感应电动势以及直线三相绕组电感矩阵的计算和验证。计算结果表明,无铁心直线三相绕组的互感并不完全相等,致动器电路模型不对称,即经dq变换后,电感矩阵中仍然存在非对角元的耦合项。本文根据经典的矢量控制理论,设计出与相位实时相关的解耦环节,实时抵消去dq耦合项的影响,建立了dq轴实时完全解耦控制模型。实验表明,与忽略互感差异的对称电路模型相比,采用不对称电路模型可以避免激发出电流的高阶分量,适用于高精度的应用场合。最后,本文对大行程纳米级电磁直驱定位平台进行了阶跃响应实验、定位分辨率实验、重复性实验、大行程定位实验和阻尼器抑噪实验。实验结果表明,本文的定位平台达到了预期的技术指标,在50mm的行程内实现了20nm的定位分辨率,为后续大行程纳米级平面电磁致动器的研制提供了理论支持和技术储备,在深亚微米级半导体制造和检测装备以及工厂自动化中也具有潜在的应用前景。