在大规模集成电路制造和光学检测等领域都需要应用精密定位平台。随着技术的进步，对于定位平台的精度、速度和加速度的要求也越来越高。传统的旋转电机加滚珠丝杠结构已经难以满足需求，直线伺服系统由于其结构的优势，更能适应高速高加速度的场合，因此日益受到重视。传统的直线伺服系统通常使用直线电机加接触式导轨的结构，不可避免的会引入摩擦力，摩擦力作为一种复杂的非线性现象对精密定位的实现有较大影响；而通过使用气浮导轨能将摩擦力的影响减至最小，提高运动精度，并易于实现更高的速度和加速度。但基于气浮导轨的直线伺服系统也存在一些固有问题，由于没有中间传动环节，且在运动方向上近乎零阻尼，因此负载扰动、直线电机推力波纹和其它不确定的扰动因素都会直接作用在系统输出端，影响定位平台运动性能。本文以面向光学检测的精密气浮定位平台为应用背景，研究其直线伺服系统的精密定位控制技术。本文首先构建了一个三轴两自由度的实验系统，包括其电气控制系统。研究的主要目标是实现既定的性能指标要求，包括一定的定位精度、运动速度及稳定时间等。针对该运动性能指标，本文主要开展了以下几个方面的研究：一、从性能指标要求出发，进行机电系统相关硬件的计算和选型，搭建三轴二自由度实验平台，为后续研究的开展奠定基础。二、分析电气系统的运行机理，根据相关物理定律，推导直线伺服系统数学模型。设计辨识实验，通过系统辨识获得模型参数，为相关控制器设计提供依据。全面分析系统所受扰动因素，关注扰动作用机理，以便通过设计具有针对性的控制策略来实现对扰动的抑制。三、针对性能指标中对于定位运动的要求，设计单轴控制器。通过级联控制、前馈控制、干扰观测器的结合与合理的轨迹规划来实现点对点高速定位的目标。四、针对系统中龙门结构双轴同步驱动的要求设计同步控制策略。针对X轴与Y轴耦合的影响，对龙门系统进行动力学建模，基于动力学模型设计前馈控制器，减轻多轴联动过程中的负载扰动影响。