本文以具有输入幅值及速率约束的矢量推力浮空器为研究对象,基于嵌套饱和函数进行抗饱和控制理论研究和控制系统设计。论文的主要工作如下:首先建立矢量推力浮空器平面内的三自由度非线性模型,并利用线性规划完成了矢量推力的控制分配;其次基于嵌套饱和控制理论,给出了描述幅值及速率约束的传统嵌套饱和控制律的两种情况,并针对浮空器的单通道非线性模型,进行了三阶嵌套饱和控制器设计和仿真验证;进一步对嵌套饱和控制律进行改进,通过补偿扰动消除稳态误差并达到更好的动态性能;然后研究了传统嵌套饱和控制律闭环系统的吸引域估计问题,对受到模型不确定性及外部干扰下的浮空器闭环系统进行了吸引域估计,验证闭环系统的局部稳定性;最后结合嵌套饱和函数微分有界理论,设计了二阶嵌套饱和控制律,满足了螺旋桨幅值和速率约束,给出了闭环系统的稳定性证明,研究了控制器可调参数对系统动态性能的影响。研究结果表明嵌套饱和控制律在输入约束系统上应用的有效性。传统的嵌套饱和控制器为被动抗饱和控制方法,可以实现执行器幅值和速率约束下的控制,通过估计吸引域获得系统的局部稳定性。而基于嵌套饱和微分有界的方法可以显示的描述系统的幅值和速率约束,解析获得饱和函数参数和速率约束之间的表达式,从而进行控制器参数求解。由于设计了连续可微的饱和函数形式,和传统设计方法相比,该方法增加了控制器设计的灵活性。