面对实际物理对象在建立精确动力学模型上的困难和复杂系统控制问题的挑战,吴宏鑫院士在全系数自适应控制理论的基础上,结合被控对象和实际控制性能要求,提出了基于特征模型的自适应控制方法。特征模型在电解铝生产过程、卫星姿态控制、高超音速飞行控制等实际对象中的广泛运用,驱动着一些学者从理论层面逐步探索基于特征模型的控制理论的合理性。但是面对特征模型定性描述的定义,首先需要解决的是建模方法的研究,从而基于模型的控制和闭环系统的稳定性分析才得以继续,逐步形成了基于特征模型的控制理论分析的框架,为其实际运用奠定了理论基础。本文针对上述问题展开研究,着眼于构建包含特征模型理论推导、基于特征参量估计值的自适应控制以及闭环系统的稳定性分析为一体的理论框架。主要研究内容包括如下几点:首先,探索非线性系统的特征模型构建问题。在以往的工程实际中,人们关注的是控制方法的有效性,而忽略了其理论基础的重要性,并且稳定性分析针对的是由特征模型和基于模型的控制器构成的闭环系统。为了完善基于特征模型的控制理论,首先需要从根本上解决特征模型的由来问题。针对不同假设条件下的非线性系统提出了对应的建模方法,并给出了参数范围和量化了采样点处的建模误差。这是对特征模型定性描述的定量表达,为后续分析提供了基础。其次,分析了闭环系统的稳定性问题。鉴于特征模型归属采样控制类,上述的建模误差对应于相容性条件,结合特征建模的理论推导衍生了新的相容性条件,因此通过分析由特征模型和基于估计的自适应控制构成的近似离散闭环系统的稳定性问题,进一步研究了由原系统精确离散模型和自适应控制器构成的精确离散闭环系统的稳定性问题。本文基于特征参量估计值设计了线性结构的控制器,并通过引入调节参数对控制器进行了改进。整个思路为基于特征模型的控制理论研究提供了分析框架。然后,针对复杂非线性系统,本文研究了基于特征模型的分布式控制问题,并在低温跨音速风洞实例中进行具体的基于一阶特征模型的控制和仿真验证。在多输入多输出非线性系统中,有着类似于上述前两点的研究结论,但同时有着自身的特殊性。本文研究了带有耦合的多输入多输出子系统构成的复杂系统的建模思路,分析了闭环系统的稳定性问题。在风洞实例中,依据子系统类型单独推导了特征模型并设计了控制器,最后分析了闭环系统的稳定性。在章节最后通过对一定条件下的风洞模型进行控制仿真,验证了基于复杂多输入多输出非线性系统分布式特征模型控制方法的有效性。最后,考虑到特征模型归属抽象模型的一类,进一步研究了非线性系统基于抽象模型的控制问题。在抽象模型中,选择了带有输入的简单系统作为控制器设计的依据,并基于原系统的输出信息和抽象模型的输入信息,设计输出接口动态,证明了闭环系统的输入状态稳定性问题。最后分析了抽象模型和特征模型之间区别和联系,比较了二者在复杂对象控制问题上侧重点的不同。