1、大行程納米級定位技術(shù)是納米測量和制造中的關(guān)鍵技術(shù)，在半導(dǎo)體制造和器件檢測裝備以及工廠自動化中有著廣泛的應(yīng)用。針對壓電陶瓷驅(qū)動納米定位平臺和宏微結(jié)合納米定位平臺存在的問題，本文采用電磁直接驅(qū)動的方式實現(xiàn)大行程納米定位，對定位平臺的磁場分析和計算、設(shè)計和控制模型等問題進行了研究。
　　首先，考慮永磁體陣列在端部的磁場畸變和衰減，分別采用數(shù)值解法和半解析法對有限長不規(guī)則形狀永磁體陣列的磁場進行精確的求解。在數(shù)值解法方面，本文針對磁場計算

2、的開域問題，提出了開域微分求積有限元法。通過縮放函數(shù)和廣義混合函數(shù)，將形狀不規(guī)則的無限計算域變換成矩形有限計算域；最后，根據(jù)微分求積法則和邊界條件，精確求解了不規(guī)則形狀永磁體陣列的端部磁場。在半解析法方面，采用基于Fourier級數(shù)展開的長周期半解析法，考慮磁塊間連續(xù)或有間隙兩種情況，使用長周期進行Fourier級數(shù)的展開，獲得了考慮端部效應(yīng)的磁場通用表達形式。驗證表明，本文兩種方法的計算結(jié)果有效。
　　其次，永磁體陣列合適的形狀

3、可以改善磁場分布，提高推力性能，是保障大行程納米級定位平臺性能的重要因素。本文提出三種新型形狀的永磁體陣列，即側(cè)向正弦曲線Halbach永磁體陣列、底部曲線Halbach永磁體陣列和曲線邊梯形Halbach永磁體陣列。采用上述新型數(shù)值解法和半解析法對這三種新型永磁體陣列進行磁場的求解和優(yōu)化。結(jié)果表明，與矩形或梯形Halbach永磁體陣列相比，三種新型Halbach永磁體陣列顯著減小了磁場諧波含量和推力波動，具有一定的工程應(yīng)用價值。

4、>　　然后，本文進行了大行程納米級電磁直驅(qū)定位平臺的總體設(shè)計和參數(shù)的計算、仿真和驗證，包括電渦流阻尼器的設(shè)計，致動器推力、永磁體陣列磁鏈和感應(yīng)電動勢以及直線三相繞組電感矩陣的計算和驗證。計算結(jié)果表明，無鐵心直線三相繞組的互感并不完全相等，致動器電路模型不對稱，即經(jīng)dq變換后，電感矩陣中仍然存在非對角元的耦合項。本文根據(jù)經(jīng)典的矢量控制理論，設(shè)計出與相位實時相關(guān)的解耦環(huán)節(jié)，實時抵消去dq耦合項的影響，建立了dq軸實時完全解耦控制模型。實驗表

5、明，與忽略互感差異的對稱電路模型相比，采用不對稱電路模型可以避免激發(fā)出電流的高階分量，適用于高精度的應(yīng)用場合。
　　最后，本文對大行程納米級電磁直驅(qū)定位平臺進行了階躍響應(yīng)實驗、定位分辨率實驗、重復(fù)性實驗、大行程定位實驗和阻尼器抑噪實驗。實驗結(jié)果表明，本文的定位平臺達到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，在50mm的行程內(nèi)實現(xiàn)了20nm的定位分辨率，為后續(xù)大行程納米級平面電磁致動器的研制提供了理論支持和技術(shù)儲備，在深亞微米級半導(dǎo)體制造和檢測裝備以及工