光刻机是半导体产业的核心制造设备,是十分复杂的光机电系统。而其中的多自由度高精度工件台是光刻机的核心系统之一,其控制精度直接影响光刻机的曝光效率和曝光质量,因此开展多自由度精密工件台控制方法的研究具有重要的意义和工程价值。针对步进投影式光刻机多自由度精密工件台中存在的两个主要问题:在曝光场之间的快速过渡(Rapid Transition)和接近曝光场时的快速精密定位(Precision Positiooning)难以同时实现的问题;工件台驱动系统在精密定位阶段存在的干扰使得控制鲁棒性难以实现的问题,本文分别从轨迹优化设计、无模型迭代学习控制以及无模型前馈-反馈迭代学习控制展开了深入的研究。首先,本文对步进投影式光刻机的系统结构和工作原理进行了详细阐述,提出了光刻机工件台系统中存在的控制问题和轨迹规划问题,最后,通过实验对工件台系统进行了系统辨识,并且分析了系统的频域特性。其次,根据步进投影式光刻机工件合的运动特性,分析了轨迹规划约束条件。然后,为了提高曝光效率和质量,从能量函数最小的角度出发,提出了一种优化的轨迹规划方法,根据曝光过程中的约束条件,对工件台的运动轨迹进行规划,通过实验验证,该规划轨迹有效的减少了运动误差。然后,基于规划的轨迹,分析了曝光过程中存在的精密跟踪控制问题,在已有数据驱动迭代学习算法的基础上,研究并且设计了无模型的差分迭代学习控制算法,对算法进行了收敛性分析。该方法有效的抑制了系统中存在的重复性扰动,从而提高了工件台的跟踪精度,通过实验验证,该方法相比较于传统的伺服控制方法,大幅度的提高了工件台的运动性能。最后,为了提升无模型差分迭代学习算法的鲁棒性,本文将基于无模型差分迭代学习前馈控制和反馈控制相结合,设计了一种基于无模型差分迭代学习的前馈反馈切换控制,并且通过优化设计的切换控制器移除切换带来的额外误差,最终,实验表明,本方法不仅能够实现曝光场之间的快速过渡而且还能在曝光过程中有效的抑制干扰从而保证定位精度,满足了光刻机工件台系统的性能需求。