在超精密制造领域,多自由度微动台的定位精度、动态特性直接决定了加工装备的性能。随着加工装备的性能不断提升,磁悬浮微动台由于具有真空兼容性、无接触摩擦和无需润滑等突出优点,成为超精密加工装备的重要发展方向。针对微动台的振动隔离和轻量化需求,本文提出了一种新型零刚度磁悬浮微动台,其被动支承单元电磁拓扑结构即可有效补偿负载重量,同时与线圈组合配合实现六自由度主动控制,相较于传统结构,该零刚度磁悬浮微动台不仅结构轻量、隔振效果好,还有效改善了定位精度和动态特性。本文的主要研究内容如下:进行了新型零刚度磁悬浮微动台结构设计并完成了电磁建模。首先提出了单自由度被动支承和二自由度主动控制的驱动单元构型,进而利用三个驱动单元设计了六自由度磁悬浮微动台。分别利用等效磁荷法和有限元法进行了电磁解析和数值建模,并分析了零刚度生成及抑制力波动的途径。探究了零刚度磁悬浮微动台垂向刚度变化特性并完成了设计优化。其中,分别利用解析和数值方法计算分析了驱动单元主要结构参数对垂向力和垂向刚度的影响规律。为了保证计算精度并加快计算时间,结合两种方法,提出了一种优化磁悬浮微动台结构的混合方法,基于解析模型初步寻找参数域内的最优解,使用有限元法计算工作区间内垂向力的大小和零刚度点的漂移距离,通过微调结构尺寸消除漂移。优化设计后的驱动单元可以提供20 N的垂向支承力,垂向刚度在±5 N/m以内。进行了零刚度磁悬浮微动台六自由度运动控制系统建模和分数阶控制器设计。对磁悬浮微动台进行了六自由度解耦计算,并建立了单自由度控制系统的数学模型。保证系统稳定性的同时,以阶跃响应调节时间最短为优化目标,进行控制器优化设计,相对整数阶PID控制器,分数阶PIλDμ控制器的调节时间减小约12%。搭建了实验样机并进行了实验验证。加工装配了实验样机,搭建了软硬件平台并进行调试,测量零刚度磁悬浮微动台中驱动单元被动力和主动力的大小,最后进行单自由度定位实验,验证了电磁建模的准确性和伺服系统的可行性。