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随着科学技术的飞速发展,许多工程控制系统不仅需要被控系统在有限时间内达到稳定,而且要求控制性能指标达到最优。因此,研究有限时间优化控制具有重要理论价值和实际意义。本文针对几类实际控制输入和虚拟控制输入的指数为两个正奇数比的非线性系统,研究有限时间优化控制设计问题,并对闭环系统的稳定性进行分析。具体内容如下:(1)针对一类带有未知动态的严格反馈非线性下三角结构系统,提出有限时间控制设计策略。在整个控制设计过程中,利用齐次系统理论处理未知的非线性函数,基于嵌套饱和控制理论、加幂积分控制技术和Backstepping控制方法,给出有限时间控制设计策略。并在有限时间Lyapunov稳定性理论的基础上,给出闭环系统的稳定性和收敛性证明。最后,通过数值例子和应用例子验证所提出控制策略的可行性和有效性。(2)针对一类带有未知函数的非严格反馈非线性切换系统(被控系统的实际控制输入和虚拟控制输入的指数均带有切换信号),在任意切换信号下,提出有限时间控制设计策略。首先,利用齐次系统理论对未知的非线性函数进行处理。其次,应用加幂积分控制技术构造Lyapunov函数,并根据Backstepping控制方法,给出全局有限时间嵌套饱和控制方案。然后,基于最优控制原理,在全局有限时间控制器的基础上,通过调节设计参数,设计全局有限时间最优控制器,并使得目标泛函最小。根据有限时间Lyapunov稳定性理论,证明闭环系统的所有信号在有限时间内达到平衡点。最后,通过数值例子进一步验证所提出方法的有效性和可行性。(3)针对一类非严格反馈非线性系统,在状态全部可测的基础上,提出自适应神经网络有限时间优化控制策略。由于被控系统存在完全未知的非线性函数,因此,使用自适应神经网络逼近未知的非线性函数。应用Backstepping控制方法和最优控制理论,设计自适应神经网络嵌套饱和有限时间优化控制器。基于有限时间Lyapunov稳定和逆优化理论,对闭环系统进行稳定性分析,并证明被控系统半全局实际有限时间稳定性及优化性质。最后,通过数值算例验证所提出有限时间优化控制策略的可行性。(4)针对一类非严格反馈非线性切换系统,在任意切换信号下,提出全局确定时间容错控制设计方案。在整个控制设计过程中,首先,利用Backstepping控制方法和加幂积分控制技术,给出确定时间容错控制设计策略。其次,并基于Lyapunov稳定理论,证明闭环系统的所有信号在给定的时间内趋于稳定。最后,通过数值仿真算例验证所提出控制策略的可行性。(5)针对一类非严格反馈非线性互联大系统,同时研究有限时间控制和优化控制设计问题。首先,结合齐次系统理论、加幂积分控制技术和Backstepping控制方法,设计半全局有限时间控制器。其次,根据嵌套饱和控制理论和最优控制理论,在半全局有限时间控制器的设计基础上,给出全局有限时间优化控制器的设计策略,并使得性能指标最优。并根据有限时间Lyapunov稳定性理论,对闭环系统的收敛性和稳定性进行证明。最后,通过一个数值算例验证所提出控制策略的可行性和有效性。