针对半导体光刻领域的超高精度热控需求，提出一种基于模型预测的热控方法。生成透镜系统的阶跃和伪随机热扰动输入信号。采用高精度测温系统测量透镜系统的温度响应数据，运用模型辨识方法获得透镜系统的热响应模型。通过滚动优化策略推导模型预测热控制律，并建立精密透镜系统的热控实验平台。热控实验结果表明，该热控方法具有收敛速度快、抗干扰能力强、精度高的优点，温控误差可控制在±8 mK内。热相差测试结果表明，该控制方法可抑制透镜系统的焦面漂移，适合应用在对温控精度要求较高的装备领域。

恒温水套是光刻物镜工作环境温度控制系统的重要组成部分。为了研究恒温水套的关键参数与性能，设计了一个小比例水套模型。恒温温控系统对其提供±0.001 ℃的去离子水，通过对比三镜光机系统温度变化及热像差变化获取小比例水套的关键参数。实验数据表明，在加入热扰动且环境温度为22.06~22.16 ℃的情况下，三镜光机系统的内壁温度被控制在（22±0.01） ℃以内，波像差在热扰动后迅速恢复至10.12 nm，与装调完毕状态基本一致。由此可见，此种水套结构可以满足光刻投影物镜的温度控制要求，可在此基础上设计等比例恒温水套模型。

针对投影物镜温度控制系统具有多重扰、多时滞和时间常数较大等问题, 搭建了投影物镜温控实验平台; 研究了实验平台的结构、激励信号设计、数据预处理方法和建模算法, 建立了超高精度温度响应模型。首先, 考虑光刻机对震动和洁净度的严格要求, 设计了远距离串级水冷控制系统; 进行了物镜温度的阶跃响应实验, 采用两点法建立了物镜的温度响应传递函数(粗建模)。然后, 根据获得的物镜阶跃响应传递函数, 设计二位式伪随机辨识输入信号的参数, 并采用分段线性化方法对输入输出数据进行预处理。最后, 设计迭代最小二乘算法,辨识得到物镜的ARMAX温度响应模型(精建模)。基于该模型的物镜温控实验结果表明：在环境温度波动幅值达0.6 ℃并加入3 W的热扰动条件下, 物镜温度稳态误差控制在±0.001 ℃以内, 满足光刻机对投影物镜的超高精度温度控制要求。

根据高精度投影光刻物镜的特点, 提出了一种运动学支撑结构, 并采用实验结合有限元分析的方法研究了该支撑结构引起的透镜光学表面变形以及重复装配过程中透镜光学表面面形的复现性。首先, 介绍了运动学支撑结构的原理及镜面变形分析的方法。然后, 应用Zernike多项式拟合实测和有限元分析得到的面形, 并用两种方法对运动学支撑结构夹持力引起的透镜光学表面面形进行对比, 以验证有限元分析模型的正确性。同时, 分析了考虑重力情况下运动学支撑结构导致的透镜光学表面变形。最后, 用实验的方法测量了运动学支撑结构在重复装配过程中透镜光学表面面形的复现性。实验和分析结果显示, 由运动学支撑结构夹持力引起的透镜光学表面面形均方根(RMS)值的实测值为1.004 nm, 分析值为0.974 nm, 夹持力及重力综合作用下导致的透镜表面Fringe Zernike拟合面形RMS值为2.538 nm, 产生的主要像差为离焦、初级三叶像差和二级三叶像差, 重复装配过程中引起的透镜光学表面面形的复现性标准差为0.645 nm。得到的结果表明, 所设计的运动学支撑结构能够保证透镜光学表面面形在重复装配过程中有良好的复现性。

为满足高分辨率光刻机控制大时间热响应常数投影物镜温度时响应速度和超高精度的要求, 设计了前馈——串级水冷投影物镜温控系统。该系统以物镜为主控对象、冷却循环水为副控对象。针对物镜的慢动态温度变化特征, 采用模型预测控制作为外环主控制算法; 针对冷却水远传回路的纯时滞特性, 采用带Smith预估器的PID控制作为内环副控制算法; 为解决光刻机在不同工况下激光光路对物镜温度的严重扰动, 引入前馈补偿控制激光热扰动。最后, 在不同控制结构和热干扰条件下, 进行了模拟物镜温度控制实验。结果显示,物镜温度稳态误差曲线在±0.01 ℃内波动。实验证明该系统极大地提高了物镜的温度收敛速度,具有较强的抗干扰能力, 能满足物镜的超高精度温度控制要求。

针对超机动飞行快回路的不确定非线性模型,提出了一种利用自适应模糊滑模控制器算法。在所得的最终控制信号中,采用模糊逻辑系统来逼近未知系统函数和开关项;所设计的鲁棒自适应律用来减小逼近误差,从而有效降低抖振。仿真结果表明,所设计的控制律能在过失速机动条件下控制飞机跟踪指令飞行,确保系统具有良好的动态和稳态性能,而且控制器具有很强的鲁棒性。