仅配备有纵向推进力和转船力矩装置的无人水面艇是典型的欠驱动系统，不能通过定常光滑反馈控制律镇定到平衡状态。本文针对一类惯性矩阵和阻尼矩阵非对角的欠驱动无人水面艇，设计了基于附加控制器和反步法的光滑时变跟踪控制律，在保证跟踪误差暂态性能的前提下，实现了曲线和直线情形下的轨迹跟踪。首先，通过状态变换将非对角模型转化为对角形式，并运用反馈线性化理论简化控制输入。其次，通过设计虚拟控制函数来镇定误差运动学方程，并通过引入障碍Lyapunov 函数(BLF)来保证跟踪误差满足规定的性能。然后，通过在误差镇定函数中引入虚拟控制量解决了系统的欠驱动问题，稳定性分析表明本文控制策略能够保证闭环系统中的所有状态是一致最终有界的。最后，Matlab/Simulink 仿真结果表明了该控制器的有效性。

针对系统负载和外部力矩干扰的复合干扰影响下的移动机器人路径跟踪控制精度降低的问题,提出一种基于干扰观测器的移动机器人路径跟踪串级控制策略。在运动学跟踪层面,基于反步法思想,在角度误差中引入位置误差,设计全局收敛的速度控制律; 在动力学跟踪层面,设计非线性滑模力矩控制器对规划速度进行跟随,同时采用超螺旋干扰观测器对复合干扰进行观测,并将干扰观测值引入力矩控制器,减小复合干扰对跟踪精度的影响。仿真结果表明,提出的方法具有良好的路径跟踪性能和抗干扰能力。

针对四旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题, 考虑模型参数不确定的情况, 提出了一种基于收缩理论与反步法的四旋翼飞行器自适应控制算法。首先, 介绍了基于微分几何的收缩理论并给出了四旋翼飞行器的动力学模型; 然后, 提出了一种自适应收缩反步控制方法应用于飞行器跟踪期望轨迹; 最后, 分析了系统的增量稳定性, 证明了系统是误差状态收敛的。积分反步（IB）与自适应收缩反步（ACB）的对比实验表明, 应用此控制算法的飞行器系统鲁棒性更强, 能够精确地完成轨迹跟踪任务。

针对一类存在非匹配干扰和建模误差的高阶非线性系统,结合滤波反步控制方法,设计一种基于非线性干扰观测器的自适应反步非奇异终端滑模控制方案。首先,设计一种有限时间稳定的非线性干扰观测器,以此对非匹配干扰进行估计和补偿。采用反步控制处理高阶不确定非线性系统,结合动态面控制设计虚拟控制律,避免传统反步设计中存在的“微分爆炸”问题；第n步结合自适应控制和非线性干扰观测器,设计非奇异终端滑模控制律,消除建模误差和非匹配干扰对系统的影响。基于Lyapunov理论证明跟踪误差一致最终有界。仿真结果验证了所设计控制方案的有效性。

针对一类存在未知复合扰动的高阶非线性系统, 提出一种基于有限时间干扰观测器的反演非奇异快速终端滑模控制方法。采用有限时间干扰观测器对复合扰动进行快速精确估计并设计控制器鲁棒项进行补偿。采用反演控制处理高阶非线性系统, 结合动态面控制设计虚拟控制律; 同时设计非奇异快速终端滑模控制律, 提高系统的收敛速度和控制精度, 并通过Lyapunov理论证明了系统跟踪误差一致最终有界。通过数值仿真验证了所提控制方法的有效性和可行性。

针对强非线性、大俯仰角运动的水下运载器纵向运动轨迹跟踪问题提出了一类非线性自适应控制方案。首先, 直接采用非线性运动模型, 在控制器设计过程中引入饱和函数, 通过麦克劳林展开公式避免了俯仰角为小角度的假设限制; 其次, 考虑到运载器非线性运动模型很难给出精确的数学描述并且实际运载器系统存在模型误差, 采用在线自适应方法近似逼近其非线性模型; 最后, 利用Backstepping方法设计了非线性自适应控制器, 并利用Lyapunov理论证明了控制系统的稳定性。半实物仿真结果表明：在考虑测量噪声和参数不确定性的情况下, 该算法对给出的3种轨迹的跟踪误差均小于0.5 m, 俯仰舵偏均小于15°, 俯仰力矩均在105 N·m量级。结果验证了本文提出的控制系统鲁棒性强, 满足跟踪性能要求。