随着超精密运动平台运动精度需求向着纳米级甚至亚纳米级不断发展,动力学特性已成为决定系统运动精度的关键因素。要减少产品开发的迭代次数,缩短开发周期,降低研制风险,就必须从系统层面出发,在超精密运动平台方案设计、子系统和组件设计到系统详细设计的各个阶段,确保平台具有良好的动力学特性和精度性能。然而,构建能正确描述关键组件动力学行为和耦合作用的超精密运动平台系统详细方案模型,并全面评估系统方案的动力学特性、精度性能及其影响规律,对设计者的专业知识和操作经验提出了极高的要求。总结和封装关键组件和系统方案的建模和分析方法,并在设计过程中集成、重用,是降低超精密运动平台详细方案设计难度、提高设计效率的关键。本文依托国家重大科技计划项目,针对国家重大工程需求,从设计方法和软件实现两方面入手,研究支持超精密运动平台详细方案建模和分析过程的集成设计方法,设计其关键模块与机制,抽象超精密运动平台关键组件的等效建模方法,封装成组件模型模板库,开发实现集成设计软件系统,为超精密运动平台产品的研发和创新提供有力的工具支撑。针对超精密运动平台详细方案设计流程的特点和功能需求,提出了基于动力学的超精密运动平台集成设计方法。该方法将建模和分析知识分别封装为组件模板、仿真和后处理工具。在每个设计阶段,通过调用组件模板,生成以动力学参数作为主要参数的模块化关键组件等效模型,用于快速组装系统方案模型;通过仿真和后处理工具对系统方案进行全面分析,确保其具有满意的动态性能,从而以模型中的系统和组件的动力学参数值作为后续设计活动的重要设计目标或约束条件。针对集成设计方法软件实现的关键问题,设计了高度抽象的模型原语,将各种类型的组件模型和不同拓扑的系统模型统一表达为模型原语类对象的组合;基于模型原语和模板库,设计了统一的模型实例化、编辑和转换方法,通过将与具体组件类型相关的操作算法信息存储于模板库中,并在模型实例化、编辑和转换过程中实时调取、编译、执行,使能采用同一种算法支持不同系统模型的建模和转换操作;还提出了模板封装方法,仅通过编辑模板库数据文件,不需要修改程序模块,即可实现对新类型组件模型的支持扩展。在此基础上,开发了集成设计软件的原型系统。根据集成设计方法中对建模方法的规范化要求,针对典型结构构型、隔振装置及其核心元件、气浮支承、测量装置等关键组件,抽象了模块化、参数化的等效动力学建模方法,封装了相应的模板和设计工具。所封装的关键组件模板具有较高的通用性,能适用于不同具体组件设计实例的建模;使用模板创建的组件模型拥有数据接口,可通过接口间的相互连接,实现系统方案模型的快速组装。使用集成设计软件原型系统,针对H型超精密运动平台结构方案,构建了机械与测量一体化的系统动态精度模型,全面分析了驱动力作用点位置、气浮支承布局、气浮支承非线性刚度特性、运动平面误差和基础振动等结构和动力学设计因素对系统动态误差的影响规律。并在某型封装光刻机及其工件台的工程研发过程中,对超精密运动平台集成设计软件原型系统进行应用测试。结果证明,该软件系统能有效减轻建模分析的工作量,提高设计效率,缩短设计周期,是复杂机电系统设计分析的有效手段。