在许多工业控制系统中,由于限制保护的需求或执行器物理结构的限制,控制输入的幅值和速率是受限的。受限的控制输入可能导致严重的系统性能衰减,甚至造成闭环系统不稳定。针对非线性被控对象,现有的输入受限控制算法往往基于被控对象模型,然而,许多被控对象的数学模型难以精确建立,比如包含了复杂的燃烧及转动动态的航空发动机转速模型。另一方面,大部分现有的方法只考虑了幅值限制而忽略了速率限制,而在诸如航空发动机的压气机等系统中,控制输入的速率饱和是造成系统性能衰减的重要因素。因此,针对输入幅值与速率受限的不确定非线性系统,设计一种鲁棒控制方法具有重要的理论意义和工程价值,而自抗扰控制技术为设计这样的鲁棒控制方法提供了有效的工具。此外,高度融合的计算机技术、通信网络和控制技术推动了工业制造的智能化,提高了生产与管理的效率。但是通信网络增加了系统的开放性,攻击者可以通过侵入通信网络对控制系统实施攻击,从而降低生产效率甚至造成安全事故。现有的安全控制方法主要针对输入非受限的线性系统,而在实际系统中,被控对象的动态往往是非线性的且控制输入是受限的。因此,研究输入受限非线性系统的安全控制问题对于构建智能工业控制系统具有重要意义。综上,本文的研究内容包含以下四个方面:针对输入幅值受限的不确定非线性系统,基于自抗扰控制技术设计一种抗幅值饱和鲁棒控制器。该控制器将内部扰动和外部扰动当作总扰动,并将总扰动扩张为系统新的状态。通过构建干扰观测器实现对总扰动的准确估计,并基于估计结果设计前馈补偿,从而抑制总扰动的影响。相比于经典的线性自抗扰控制器（linear active disturbance rejection controller,LADRC）,该控制器包含一个抗饱和补偿器,通过调节抗饱和增益,可以获得期望的抗饱和性能。基于李雅普诺夫稳定性理论,给出闭环系统局部渐近稳定性的条件,并进一步给出计算抗饱和增益的优化算法以最大化闭环系统的吸引域。针对输入幅值与速率受限的不确定非线性系统,基于自抗扰控制技术设计一种抗幅值与速率饱和鲁棒控制器。该控制器使用改进的扩张状态观测器（improved extended sate observer,IESO）估计总扰动和系统状态。相比于经典的LADRC中的扩张状态观测器（extended sate observer,ESO）,IESO包含一个抗饱和补偿器,这保证在幅值与速率饱和（magnitude and rate saturation,MRS）发生时,IESO仍然能够准确地估计总扰动和系统状态,并从理论上证明了IESO的观测误差的有界性。与此同时,该控制器保证闭环系统的局部渐近稳定性,并最小化外部扰动到系统性能输出的L2增益,从而抑制模型不确定性和外部扰动的影响。针对输入输出受限的不确定非线性系统,基于前述的抗幅值与速率饱和鲁棒控制器,设计一种输入输出受限自抗扰控制器。基于李雅普诺夫稳定性理论,给出闭环系统局部渐近稳定性的条件。与此同时,为了保证输出满足限制条件,定义初始状态的容许集,如果初始状态在该容许集内,那么输出轨迹将永远不会超过界限。进一步给出抗饱和增益的计算方法,所得到的抗饱和增益保证闭环系统的局部渐近稳定性并最大化初始状态的容许集。针对网络攻击下的输入幅值与速率受限非线性系统,研究安全控制问题。所考虑的攻击方式是对控制信号注入错误数据,安全控制的目的是保证闭环系统的输入到状态稳定性。为了实现这个目的,首先构建未知输入观测器来辨识攻击,进一步给出观测器增益的计算方法,所得到的观测器增益保证攻击辨识的结果是最优的或期望的。将攻击辨识结果作为前馈补偿信号,并基于前述的输入输出受限自抗扰控制器,构建保证闭环系统输入到状态稳定性的控制器。所设计的控制器不但能最小化攻击和噪声的影响,而且保证闭环系统在未发生MRS时是全局输入到状态稳定的,在发生MRS时是局部输入到状态稳定的。