20世纪六七十年代,美国劳伦斯实验室在统计了大量精密测量/加工相关项目后得出结论:在精密测量与加工领域,热污染是最大的单一误差来源。国内相关研究也表明:在超精密加工过程中,热污染导致的误差占总加工误差的40%～70%。因此,热污染控制技术成为超精密测量仪器与制造装备保障精度的核心关键技术。循环冷却技术由于可将设备内的热量高效地“搬运”至设备以外,且可兼顾高控温精度、大功率与动态性能,因此在先进光刻等超精密制造领域中被广泛采用。目前,该领域存在如下两个关键问题亟待研究:（1）现有方法难以兼顾循环冷却水的高温度稳定性与温度调节的动态性能,不能满足新一代光刻设备的需求;（2）现有循环冷却水系统分析模型均采用简化的集总参数模型,忽略了冷却水在系统与被冷却设备间的动态循环过程,不能精确描述循环冷却水的温度空间分布特性,以及由循环而产生的特性与规律。本论文“基于动态热容滤波的循环冷却水超精密温度调控技术研究”针对上述问题展开研究,所完成的主要创新性工作如下。首先,提出了一种可兼顾高温度稳定性与温度调节动态性能的循环冷却水温度调控系统结构方案,设计了全封闭式冷却水循环结构,以及温度、流量两个闭环反馈控制回路;以热惯性与热阻都最小为原则,设计了“三明治”结构半导体制冷执行器和长管式电加热执行器,利用电加热执行器极小热惯性、极小热阻特性,采用冷、热差动方式实现温度双向高精度调节与控制;设计了基于模糊PID的循环冷却水温度控制算法,最终完成循环冷却水温度调控系统的集成。其次,提出了一种基于动态热容滤波的循环冷却水温度波动抑制方法。以分流方式截取和封闭一部分循环冷却水作为热容滤波介质,构建热容滤波介质与循环冷却水间的高效换热结构,利用热容滤波介质动态吸收/释放热量,对循环冷却水温度波动进行高效平滑和抑制,有效提高其温度稳定性;通过对温度观测点的实时监控与反馈控制,对热容滤波介质进行动态更新,实现对循环冷却水系统温度设定值的实时动态跟踪;该方法可在不影响温度调节动态性能的前提下,有效地提高循环冷却水的温度稳定性,解决了二者难以兼顾的难题。再次,提出了一种基于极坐标映射原理的循环冷却水温度调控系统建模与分析方法。将系统的循环水路映射为极坐标中的单位圆,将冷却水的循环运动映射为单位圆上温度观测点的圆周运动,从而获得可描述系统温控拓扑结构与冷却水循环运动的单位圆模型;同时,从传热/电路类推等效原理出发,分别推导制冷、加热单元的等效电路模型,并以热流为特征参量,将等效电路模型与单位圆模型进行耦合,从而建立可同时描述冷却水循环运动与系统温度调控规律的极坐标映射模型;该方法能精确表征循环冷却水的空间温度分布特性,以及由冷却水循环而引入的温度随空间/时间变化的特性与规律。最后,对本文的主要研究内容进行了实验验证,对所研制的循环冷却水温度调控系统的关键性能指标进行了测试。实验结果表明:本文所提出的动态热容滤波温度波动抑制方法,温度波动抑制比最高可达-15d B以上;所研制的循环冷却水温度调控系统,温度稳定性达到±3m℃,1℃阶跃时的调节时间为128s,可满足新一代光刻设备对m℃级温度稳定性与百秒级调节时间的需求。