中文摘要：

针对多轴高速高精运动系统中的复杂非线性和多轴多变量耦合问题，开展伺服变量的精密测量方法、动力学建模和误差模型及补偿方法研究，具体包括运动部件间的刚柔耦合效应、干摩擦及不同运动轴耦合作用下作用力传递机理、尤其大推力高速驱动下的动态力速特性对系统误差行为的影响；建立系统动力学行为下的系统误差的数学模型；研究伺服系统动态测量误差的补偿方法与鲁棒控制策略。本项目的创新点在于揭示高速超精密系统中非线性因素、多变量耦合作用机理，建立基于激光干涉仪等的精密测量方法与误差补偿模型，提出校正算法，提高设计精度以及补偿技术，以避免高速驱动产生的干扰又直接传递到工作系统，真正实现高端制造装备的纳米精度。本项目的顺利实施及成果的取得，将为超精密半导体制造装备、精密测量装备、以及光刻机等系统的成功自主研制将提供有力的支撑，不仅具有重要的科学意义，而且具有重大的经济意义和国防战略意义。

结论摘要：

针对大范围高速高精运动系统中的非线性和多轴多耦合的干扰问题，研究亚纳米精度测量过程中多场复杂动态干扰的结构化模型；研究基于最小信息梯度的动态干扰估计与测量及辨识算法；研究分光片和旋转半波片的补偿测量方法，测量干涉仪输出处激光场的偏振状态，以提高经典零差迈克耳逊干涉仪的测量精度和分辨率。通过测量干涉仪输出处激光场的偏振状态，传统迈克尔逊干涉仪的精度和分辨率可以被明显提高。用现成的商用偏振仪细分1/36000精度级的光学条纹已被证明是可能的。通过使用一种高精度控制方法，商用外差干涉仪实现了步进值为20nm移位。提出解耦的干扰与误差估计方法，获得了考虑时间延迟进行干扰补偿的鲁棒控制方法——离散滑模变结构控制。具体包括运动部件间的刚柔耦合效应、干摩擦及不同运动轴耦合作用下作用力传递机理，大推力电机驱动的动态力速特性对系统的影响；非线性参数和多变量耦合作用对系统动态性能的影响分析及参数辨识；伺服系统动态误差测量模型的补偿方法与鲁棒控制策略研究。本项目的创新点在于揭示超精密电机系统中非线性因素、多变量耦合作用机理，建立基于激光干涉仪等的精密测量方法与误差补偿模型，提出校正算法，设计精度以及误差补偿技术和方法，以减小非线性对运动测量产生的作用传递到工作系统。另外，在精密机电系统的制造中，尺寸约束与传递是系统变型设计需要研究解决的根本问题，国内外对这类问题的研究很重视。而混合多模型中的尺寸约束与传递更加复杂，本项目中我们针对混合多模型中的尺寸约束与传递方法进行了深入研究。研究了产品组成零件的资源特性、零件之间尺寸约束形式及复杂性、尺寸约束冲突转移与延迟等问题；利用试验设计手段对系统组成零件的显著性进行了研究与分类，定义了不同零件的尺寸约束满足优先级，并针对零件的资源特性分别定义了变型设计方案；从过程管理的角度，提出了基于活动集的系统变型设计过程管理与控制方法，确保系统组成零件变型设计在不确定性最小的情况下进行，降低了系统变型设计过程的复杂性；并提出了柔性的系统变型设计方法；完成了一个针对复杂精密机电系统的设计与优化的虚拟仿真平台系统，实现了多种类型连接下的精密机电系统的一体化建模与仿真及优化，提高了精密一体化系统的设计与分析效率。