光刻技术是集成电路制造中的关键技术，也是所有微纳器件制造过程中不可或缺的一道工艺。光刻机是芯片光刻过程中的核心设备，其中工件台又是光刻机的重要运动部件，工件台要实现长行程、高加速度、高定位精度的平面运动。磁悬浮永磁同步平面电机（Permanent Magnet Synchronous Planar Motor，PMSPM）不仅具有良好的运动性能，同时其磁浮的支撑方式相比气浮支撑能够直接工作在真空的环境中，更符合当前比较热门的极紫外光刻工艺的需求。采用磁悬浮PMSPM驱动的工件台，相比采用直线电机叠加的驱动结构，驱动部件具有更高的集成度。采用磁悬浮PMSPM直接驱动的工件台降低了运动部件的质心高度，可以获得更高的加速度，但是也使得系统的耦合关系更为复杂，因此传统的电机控制方法在应对六自由度运动的磁悬浮PMSPM控制中也显露出了明显不足。本文针对十六相同心式绕组结构磁悬浮PMSPM的电磁建模、解耦算法、闭环控制策略、运动控制技术等关键问题进行深入研究分析。
　　建立一个能够满足实时控制要求的磁悬浮PMSPM精确电磁模型。磁悬浮PMSPM的电磁建模是实现六自由度运动控制的基础，为了使电磁模型满足实时运动控制的需求，要求该模型在能够快速运算前提下具有较高的模型精度。本文定义了磁悬浮PMSPM运动控制的坐标系统，建立定子坐标系下Halbach永磁阵列磁场的解析模型，通过坐标变换得到动子坐标系下的磁场解析模型。采用洛伦兹力积分公式求解电磁力和转矩，由于线圈存在弯角部分，为了便于积分通常需要对线圈进行简化，但是会产生一定的模型误差。为了消除这种因模型简化带来的建模误差，将线圈分解成直线部分和弯角部分，通过积分直接得到直线部分电磁模型，同时对弯角部分进行了精确求解，进而建立一个磁悬浮PMSPM精确的电磁模型，通过仿真和实验验证该模型具有较高的模型精度。
　　分析磁悬浮PMSPM耦合特性、研究解耦方法。磁悬浮PMSPM是一个多输入、多输出、强耦合系统，要实现其稳定的悬浮控制，就需要对六个自由度上的电磁力和转矩进行解耦。本文对传统dq变换方法在多自由度上的应用进行分析，得出dq变换虽然可以实现对电磁力的控制，但对电磁力控制的同时会在其它自由度上产生附加转矩。针对传统dq变换方法在多自由度运动控制中的局限性，提出采用广义逆矩阵的直接解耦方法，这样可以直接解除六自由度上的电磁力和转矩与十六相绕组电流之间的耦合。通过电磁力和转矩解耦控制实验，得出该方法能够高效地解除电磁力和转矩与电流间的耦合，同时也得出该方法的解耦性能主要依赖于电磁模型的精度。在实际应用中，电机的加工制造偏差会降低系统的解耦性能，因此采用扩张状态观测器对磁悬浮PMSPM系统的解耦进行动态补偿。通过在单一自由度上施加位置阶跃信号，验证该自由度的运动对其它自由度的耦合程度，结果表明采用静态解耦加动态补偿的系统比仅采用静态解耦系统具有更好的解耦性能。
　　建立动力学模型、研究磁悬浮PMSPM六自由度闭环控制策略。磁悬浮PMSPM解耦后，可以将每个自由度的运动控制视为一个独立的子系统。磁悬浮PMSPM的电磁力和转矩随着气隙高度增加近似指数规律衰减，且磁悬浮PMSPM在正常工作中要产生悬浮力抵消动子产生的重力，针对上述特点建立重力补偿模型。对磁悬浮PMSPM系统的控制律进行分析，得出磁悬浮系统具有零阻尼的特性，该结论为控制器设计提供重要依据。由于动线圈式磁悬浮PMSPM动子需要外接线缆及冷却水管等附件，因此动子在运动过程中会产生附加的力扰动，为了减小附加力扰动对系统控制性能的影响，在综合考虑现有控制平台硬件条件的基础上，采用变论域模糊方法对PID参数进行在线调整。通过与多种算法进行对比，得出该方法具有更高的鲁棒性。
　　搭建磁悬浮PMSPM控制平台、分析运动特性。本文以NI PXI-8110控制器为核心搭建运动控制平台。设计和制定磁悬浮PMSPM六自由度位置测量方案，对采样数据进行必要的滤波处理，实现磁悬浮PMSPM动子位置的实时解算。通过辅助和限位机构实现磁悬浮PMSPM的单自由度运动控制，在单自由度运动控制的基础上实现磁悬浮PMSPM的六自由度运动控制。通过前馈-反馈控制结构有效的提高系统动态性能，减小位置跟随误差。为了能够设计高性能的前馈通路，对磁悬浮PMSPM前馈系数变化规律进行分析。根据前馈系数曲线变化平滑、连续的特点，提出了一种基于协方差重置的最小二乘法磁悬浮PMSPM加速度前馈系数动态补偿的方法。通过实验对比分析了无前馈、固定前馈系数及本文提出的前馈控制，结果表明本文提出的方法具有更好的位置跟随性能。
　　综上所述，本文对磁悬浮PMSPM运动控制及其相关技术进行深入研究，通过仿真和实验验证本文所提出方法的正确性。对磁悬浮PMSPM在光刻机及高精度平面运动领域中的应用具有一定的理论意义与实用价值。