目前,关于线性系统的控制理论已经比较成熟,在生产实践中也得到了广泛的应用。然而,世界的本质是非线性的,严格来讲,现实中的系统都是非线性的。我们知道,线性系统与非线性系统存在本质上的区别,目前尚未有关于非线性系统的一致控制算法。平移式喷灌机在移动的过程中要受到土壤质地、水分含量、地形等多种因素的影响,很难保证喷灌机沿着预定的路线稳定行走。特别是其核心部件水泵调压永磁同步电机系统和桁架行走驱动无刷直流电机系统:永磁同步电机水泵的突然开闭引起的水锤效应、以及根据不同的土壤水分含量进行压力、流量调节引起的不同工况之间的过渡;喷灌机在移动的过程中会受到坑洼地形、石块等障碍物、以及土壤质地和水分含量不同引起的驱动力变化,都将导致电机输出转矩的骤然增减,这将引发电机的定子电流和转速产生非线性振动甚至烧坏电机,严重影响喷灌机的稳定可靠运行。因此设计先进的控制策略对其进行控制,对保证平移式喷灌机在田间稳定可靠运行具有非常重要的意义。论文的主要工作如下:(1)研究了一类磁弹体系统的动力学特征及控制方法。首先,通过观察其拓扑结构初步判断该系统具有复杂的动力学特征;接着,从系统的耗散性、Poincaré映射和Lyapunov指数谱更深刻的认知了系统的非线性动力学特性;基于变结构控制理论的基本思想,为该磁弹体系统设计了滑模控制器,分别将其控制到固定点和周期轨道,并验证了所设计控制策略的有效性。进一步,提出一类新翼倍增分数阶系统,分析了其翼倍增行为并通过搭建电路对其物理实现。对于更难控制的翼倍增系统,基于分数阶稳定性定理,为其设计了有效的滑模同步控制器。(2)针对一类新的二次非线性系统,研究了其唯一的参数k,分析得到该参数在一定范围内取值时可将系统吸引子由两个翼的拓扑结构变为四翼的拓扑结构,从而实现翼倍增。搭建电路对该翼倍增系统进行了物理实现,电路实验结果与数值仿真相一致。运用非线性动力学分析方法,分析了系统随着参数变化时所经历的稳定、准周期到混沌的过渡过程。针对该非线性特性更强的翼倍增系统,基于T-S模糊模型和线性矩阵不等式,设计出使该翼倍增系统渐近稳定的鲁棒模糊控制器。(3)研究了一类含有不确定参数的分数阶非线性系统,通过分数阶线性时不变区间矩阵理论对系统的不确定性进行描述。基于广义T-S模糊模型和分数阶稳定性定理,创新性的为该分数阶非线性系统设计了相应地模糊控制器,并以方便求解的线性矩阵不等式的形式给出系统更加实用的稳定条件,并借助数值仿真验证了所设计控制器的有效性和鲁棒性。(4)目前对于整数阶非线性系统稳定性的研究主要是基于渐近稳定的Lyapunov稳定性理论,其对系统过渡过程动态品质的考虑较少。考虑到实际系统对过渡时间、超调量和振荡次数等动态品质的控制要求,基于有限时间稳定性定理,提出了一种新的Terminal滑模面,并设计了相应的终端滑模控制器,实现对一类整数阶非线性系统的有限时间稳定控制。(5)提出一种基于时频域转换的频率分布模型,将分数阶系统转化为等价的整数阶系统,利用经典的Lyapunov定理分析其稳定性。并为分数阶非线性系统设计了新的滑模面及终端滑模控制器,所设计的控制器能够抵抗系统的不确定性和外界扰动。通过两个典型的例子包括三维分数阶非线性Lorenz系统和四维分数阶非线性Chen系统,验证了所设计控制器的有效性和鲁棒性。(6)综合模糊与模型预测控制算法,为一类有约束非线性系统设计了模糊模型预测控制器。在考虑系统存在约束和扰动的情况下,设计的模糊预测控制器仍然能实现对一类非线性系统的有效控制。以不同维数的非线性系统进行仿真研究,系统均能很好的跟踪参考轨迹。所研究的模糊预测控制方法可以推广应用于其他类似的非线性系统中。(7)研究了平移式喷灌机水泵调压系统中永磁同步电机的有限时间控制方法。考虑到非额定工况下其定子电流和转速对过渡时间、超调量和震荡次数等动态品质的要求,将有限时间稳定性理论引入到永磁同步电机系统的稳定性控制中,为永磁同步电机系统设计了有限时间滑模控制器。进一步,基于分数阶稳定性理论和广义T-S模糊模型,为永磁同步电机系统设计了分数阶有限时间模糊控制器,以线性矩阵不等式的形式给出系统更为严格的稳定条件,并给出了详细的数学推导和证明。另外,针对土壤质地、水分含量、地形等多种因素引起的无刷直流电机输出转矩的骤然增减,导致桁架行走驱动无刷直流电机定子电流和转速产生的非线性振动,结合模糊和广义预测控制技术,为其设计了相应地非线性模糊广义预测控制器,为相关桁架驱动系统的控制提供了参考。