在过去的几十年中,随着非线性系统建模技术的发展,在控制科学与工程学科中引入切换机制受到控制邻域的广泛关注。随着切换机制的引入,辨识控制、反步控制、自适应控制、智能控制等都在与切换机制结合,这种切换机制的嵌入推动了控制理论研究的深入、丰富了控制机制、扩展了控制方法、提高了控制精度、改善了控制性能。从工程实际的角度出发,为了准确的描述系统运行过程,系统模型包含多个微积分等复杂的非线性结构。同时由于运行条件与环境的改变导致单一的系统模型无法涵盖全部的系统运行过程。为了弥补由单一模型描述系统的运行过程过于受限这一缺陷,将多个子系统模型集合到一起按一定切换规律来描述实际系统的运行,其中切换信号通常情况下是任意变化而无法预测,而由切换信号联接的子系统更贴近自然界物理模型,是混杂系统研究重要分支,其稳定控制问题是系统科学与控制科学研究中的热点问题。与此同时,在控制系统研究与设计过程中,为了更好的改善控制系统控制效果,解决很多控制系统中难以实现的系统控制问题,主动引入切换机制,设计多个子控制律,结合切换机制构成切换控制系统,有序有条件的运行来实现控制目标。研究中,含有未知参数的非线性系统控制问题是控制系统设计的另一个难点,而切换机制的引入为控制律设计开辟了一条新路。总之,切换机制的研究与应用已经成为系统控制理论研究中的一个热点,给出系统化的切换机制研究理论已经成为系统控制理论研究的一个亟待解决的问题。围绕着切换机制在控制系统中的作用以及对控制系统设计的影响,本文系统而全面的研究了系统控制理论中的切换问题,其中包括系统的任意切换,控制器的饱和切换,参数的自适应切换,神经网络的随动切换。论文具体内容以及研究方法概述如下。1.在第2章中,从非线性切换系统的控制研究入手,首先研究可线性化的非线性系统,经过线性化后得到的线性系统可以通过基于动态切换模型子库的组合辨识控制方法来实现非线性系统闭环切换追踪控制。为了克服非线性系统线性化过程中非线性特征丢失的缺点,引入了反步控制设计方法来研究不可线性化的非线性系统控制问题,其中任意切换的复杂非线性系统控制是一个难点,针对这一类非线性系统设计一种反步控制器实现稳定控制。首先针对由多个任意切换子系统构成的复杂结构提出了一种一致化的非线性解耦方法克服来自于复杂非线性结构和任意切换信号的双重不确定性。由此设计了一种一致化状态反步控制器实现了切换系统的稳定控制。而后设计了一种一致增益观测器实现基于输出的状态观测与重构,然后设计了链式反步控制器实现了观测反步闭环反馈系统的全局稳定控制。2.在第3章中,当面对复杂非线性系统控制时,单一的控制器难以实现全系统的控制也难以达到要求的控制性能和控制精度,因此要根据不同的要求和工作环境为一个非线性系统设计多种不同的控制器,滑模反步变结构控制器就是一种有效的切换控制器,能够克服传统反步切换控制器中的抖动,提升控制品质。本文首先为含有可预知上界的不确定非线性系统设计双反步递推序列变结构切换控制器,其次为含有不可预知上界的不确定非线性系统设计双反步变结构自适应反步控制器,实现动态在线自适应辨识与切换控制,最后通过引入指令滤波器来抑制双反步设计中的微分项激增,实现基于指令滤波器的双反步变结构切换控制。3.在第4章中,针对一类含有非分离未知参数的参数化非线性系统设计全局自适应反步控制机制。与常规自适应机制不同的是,这种控制机制是一种新的双向动态切换类型控制机制,通过一种单调递减的切换机制使得系统参数按着一种柔性切换机制双向自适应切换调整。这种控制器把传统自适应机制与切换机制按着离散特性完美合成。进一步又设计一种带有柔性切换机制的反步控制器来稳定控制一类混合切换的非分离参数化非线性异结构系统。针对含有非分离参数的异构切换系统设计一种带有任意切换信号和切换参数的一致反步控制器。最后,设计一种柔性参数切换机制注入到反步控制器中,实现跳跃式的参数补偿,这种带有自适应参数切换机制的反步控制器,成功的控制了一类非线性系统。4.在第5章中,任意切换信号下的不确定非线性系统的追踪控制是一个难题。由于系统切换的任意性,严重地影响了稳定追踪效果,为此需要使控制器与系统同步切换,实现子系统与子控制器一一对应,而通常情况下,切换信号是任意的且无法获得。为了解决这个矛盾,在控制机制设计中用动态神经网络渐近拟合技术来动态自适应,调整追踪拟合重构非线性子系统,从而形成闭环反馈切换系统。其中多层神经网络技术是拟合重构非线性结构的有效工具。为了提高任意切换系统的追踪效果,设计了一种带有自适应权值估计以及带有单层和多层权值范数补偿估计的神经网络控制器提高了任意切换系统的追踪控制精度。5.在第6章中,针对一类带有非分离任意切换参数的非线性切换系统,设计了一种基于带有观测误差补偿的多层神经网络前置前端观测器和指令滤波器的自适应反步控制器。首先,多层神经网络观测器用于通过系统输出重构非线性切换系统状态,然后通过观测误差补偿器补偿状态估计误差,其次设计带有补偿信号的指令滤波反步控制器实现对参考信号的追踪控制。设计的控制器保证了由观测反步环节构成的闭环切换系统的全部状态一致有界。设计方法的主要贡献在于设计了带有误差补偿的多层神经网络观测器来估计重构非分离任意切换的参数化非线性系统的时时状态,基于重构状态设计了带有指令滤波的反步控制器弥补了不确定的系统参数以及虚拟控制的复杂结构,并且将控制策略应用于含有摩擦力模型的参数化非线性切换系统控制当中。以上为论文全部研究内容,最后是全文的结论以及展望。