在当今的生产生活中,移动机械臂凭借其灵活的操作能力,广阔的应用领域以及强大的功能引起了国内外研究学者的广泛关注。由于移动机械臂系统是典型的高度非线性、强耦合的动力学系统,加上其动力学模型中存在的不确定性,对其设计与控制提出了很高的要求。现有文献对于移动机械臂的研究成果大都集中在移动机械臂的运动控制方面,移动机械臂系统的稳定性及抗干扰性还未得到很好的解决。因此,本文针对移动机械臂的控制系统进行了设计,使得移动机械臂具有较好的稳定性和抗干扰性。首先,分析了具有二级倒立摆特性的移动机械臂机械结构,得到机械臂在平衡点附近具有的运动特性。接着采用能量守恒,动能定理等方法确定移动机械臂的动力学模型。进而,基于拉格朗日建模方法,得到移动机械臂的数学模型。最后考虑在测量变量的过程物质及信号的传递因素的影响,得到具有时滞的移动机械臂线性数学模型。针对移动机械臂的线性数学模型,本文基于D-分割法及Hermite-Bielher推广定理设计了低阶控制器,实现移动机械臂快速达到稳定。针对PD控制器的设计,基于D-分割法及Hermite-Bielher推广定理,给出了两种确定PD控制器稳定域的设计方法。首先,获得比例控制参数的最大可允许稳定范围,然后遍历所获得的比例控制参数稳定范围,基于Hermite-Bielher推广定理,给出不同比例控制参数值所对应的微分参数的稳定范围。但该方法计算量较大。为了减小计算量,又进一步基于D-分割法直接确定了PD控制器的稳定域。只要在稳定域中选择控制参数,均能保证移动机械臂的末端是稳定的。针对PID控制器的设计,应用Hermite-Bielher推广定理给出了PID控制器参数稳定集。基于所获得的PID控制器参数稳定集,根据H无穷性能指标对控制参数进行优化。优化后的PID控制参数能够保证移动机械臂的末端在短时间内达到稳定状态,具有较好的稳定性能。移动机械臂在实际应用中不可避免地受到外界的扰动。为了保证移动机械臂在有外界扰动时也能维持稳定,本文在已设计的低阶控制器的基础上,提出了具有干扰观测器的二自由度控制结构。控制器由内环控制器和外环控制器组成。其中,内环控制器(干扰观测器)的主要目的是抑制来自外界环境的干扰,提高移动机械臂系统参数变动和不确定性的鲁棒性;而外环控制器(低阶控制器)的目的是实现期望的目标轨迹跟踪性能。通过两类控制器的协作控制使得移动机械臂在保证稳定性的情况下具有良好的鲁棒性。本文给出的具有二级倒立摆特性的移动机械臂控制系统设计方法,为实际应用中具有不同功能的移动机械臂稳定性的控制提供了理论基础。