工业生产过程中普遍存在着时滞现象,例如能量传递、物料传输、信号通讯等。如果控制设计不对时滞加以处理,会影响闭环系统的控制性能,甚至导致系统不稳定。此外,实际生产过程中不可避免地会遇到负载干扰,如何有效地抑制或消除负载干扰是提升系统控制性能的重要问题。另外,在实际系统运行中经常存在因执行器饱和而影响控制性能的问题,处理不当会引起闭环控制系统的不稳定性。尽管现有文献给出一些关于时滞系统的抗扰控制和反饱和控制方法,但是仍然有很多问题需要解决,如鲁棒抗扰和非线性控制设计等。本文针对具有输入或输出时滞的采样系统,研究基于输出测量的抗扰与反饱和（anti-windup）控制设计方法。主要研究内容和创新点包括:针对输入时滞非最小相位（non-minimum phase,缩写NMP）系统,提出一种基于无时滞输出预测的控制方法,可以提高系统设定点跟踪和抗扰性能。首先采用一个广义预测器来估计无时滞系统输出,由此构建一个基于模型的扩张状态观测器（extended state observer,缩写ESO）,用于同时估计系统状态和扰动。然后提出一种自抗扰控制方法,包括状态反馈控制和抗扰前馈控制。通过分别配置ESO的传递函数极点和闭环系统的期望特征根,解析地设计ESO和反馈控制器。同时,为了提高系统设定点跟踪性能,基于期望的闭环系统传递函数设计一个前置滤波器,以实现快速无超调跟踪设定点。对于系统存在时变不确定性的情况,给出能保证闭环控制系统鲁棒稳定性的线性矩阵不等式（linear matrix inequality,缩写 LMI）充分条件。针对具有执行器饱和的输入时滞采样系统,提出一种新颖的自抗扰反饱和控制方法。基于无时滞系统输出预测,设计一种改进的扩张状态观测器（modified extended state observer,缩写MESO）,可以实现同时估计系统状态和负载干扰,并且当发生执行器饱和时,MESO成为反饱和补偿器。通过配置抗扰闭环控制结构的期望极点,为抑制扰动解析地设计闭环反馈控制器。此外,通过确定期望的闭环系统设定点跟踪传递函数,设计一个设定点滤波器,可以保证无稳态系统输出跟踪误差,并且可调节设定点跟踪性能。针对实际应用中存在输入时滞时变性的情况,给出闭环控制系统保证鲁棒稳定性的充分条件。针对具有执行器非对称饱和约束的输出时滞采样系统,提出一种自抗扰反饱和控制方法。为了解决在工程实践中经常遇到的非对称执行器饱和约束问题,首先采用一种转换方法将其转换为对称型饱和界约束。然后设计一个反饱和扩张状态观测器（anti-windup extended state observer,缩写AESO）来实时估计系统状态和扰动,并且当执行器发生饱和时,可以提供反饱和补偿。为了处理系统输出响应中的时滞,设计一种广义预测器来估计无时滞输出响应。相应地,采用极点配置方法设计无时滞闭环系统的控制器。为实现快速无超调的设定点跟踪性能,基于期望设定点传递函数反向设计控制器形式。基于离散域时滞相关的广义扇形条件和自由权矩阵（generalized free-weighting-matrix,缩写GFWM）,给出闭环系统保证渐近稳定性的充分条件。针对具有输入时滞的非线性系统,提出一种基于U模型的统一控制方法。采用统一的U模型来表示不同类型的非线性系统模型,如多项式模型,状态空间模型,外部输入非线性自回归滑动平均模型（nonlinear autoregressive moving average with eXogenous inputs,缩写NARMAX）,Hammerstein或Wiener模型。为了处理输入时滞和非线性动态特性,将经典的Smith预估器集成到基于U模型的预测控制方法中,给出一种统一的两自由度（two degree-of-freedom,缩写2DOF）的控制方法,可以分别优化设定点跟踪和抗扰性能。利用基于U模型的线性系统表达式和期望传递函数,解析地设计两自由度控制器。对于系统存在时变不确定性的情况,给出闭环控制系统保证鲁棒稳定性的充分条件。