激光双光子聚合直写技术利用飞秒激光的非线性双光子吸收效应，实现纳米级高精度加工，在微纳光学、微流控、生物医学等领域得到了广泛应用。在这些飞秒激光直写加工应用中，精密运动控制发挥着至关重要的作用。然而，现有运动控制系统对离散分布目标的加工场景缺乏针对性优化，导致加工过程中存在空行程冗余、轮廓填充质量欠佳等问题，制约了加工效率与精度的提升。针对上述问题，研制先进的运动控制系统以提高微纳结构加工效率和加工精度，成为飞秒激光直写技术得以更广泛应用的重要前提。

因此，本文面向飞秒激光直写的精密运动控制需求，围绕加工效率与精度的提升目标，开展运动控制系统的研制。针对离散分布目标的加工路径问题，开展了全局加工路径规划方法研究，包括空行程路径规划方法研究和轮廓填充方法研究。本文具体工作如下：

（1）研制了飞秒激光直写的运动控制系统。实现了该运动控制系统的硬件设计与控制软件设计。具体而言，针对运动控制系统中的纳米运动平台、微米运动平台以及机械快门，分别完成了三者的软硬件配套开发，并在Linux操作系统下基于Qt开发了运动控制系统软件，实现了激光直写微纳结构加工过程的精密控制功能。

（2）提出了一种激光直写场景下的空行程路径规划方法。针对激光直写微纳加工过程中离散分布目标的全局加工路径规划问题，将其拆分为空行程路径规划与轮廓填充两个部分。其中，将空行程路径规划问题抽象为旅行商问题（Traveling salesman problem, TSP），并提出了一种融合大邻域搜索的多策略改进徒步优化算法，即HOA-LNS。该改进算法在TSPLIB数据集以及离散分布目标模型上进行了实验测试，验证了算法的有效性和优越性，并为全局加工路径规划方法的实现奠定了基础。

（3）提出了一种基于复合填充的轮廓填充方法，并在此基础上进一步提出了激光直写全局加工路径规划方法。针对加工平面内每一个离散分布目标的轮廓填充问题，提出了两种基于连续路径的复合填充算法，分别为基于轮廓填充和Zigzag的复合填充，以及基于轮廓偏置和Hilbert曲线的复合填充。同时，结合HOA-LNS求解出的最短空行程路径，得到了各目标间的最佳遍历顺序。二者共同构建了激光直写的全局加工路径规划方法，通过对离散分布目标进行激光直写的全局加工实验，验证了该方法在加工效率及精度方面有明显提升。

综上所述，本文面向飞秒激光直写研制的运动控制系统具有良好的微纳结构加工能力；此外，得益于空行程路径规划方法的提出，本文构建的全局加工路径规划方法相比于传统的逐行加工方法，能够有效降低空行程路径，并减少快门开关次数，从而提高加工效率；同时，本文提出的复合轮廓填充方法，在全局加工过程中能够有效还原各加工目标的边缘轮廓信息，且加工精度较高，内部填充均匀，成品质量更高。本文的相关研究成果可为飞秒激光直写技术在微纳加工领域的应用扩展提供理论方法和工程技术参考。