随着智能制造、航空航天等诸多高科技领域中被控对象日趋复杂,呈现出高度复杂的非线性特性.另一方面,随着对系统的控制品质需求的不断提升,传统的控制方法难以满足要求.因此,研究带有性能约束的非线性系统的控制问题已成为国际控制领域的前沿研究问题之一.在一些实际应用中,渐近稳定性有时难以满足实际问题的需要,有限时间稳定性则是一个理想的性能.因此,本文在考虑控制增益的奇异性、输出的约束性、以及跟踪的无超调性时,研究一类非线性系统的可预设有限时间控制设计问题.提出基于非线性系统结构特征的可预设有限时间镇定的递归设计算法,为具有预期性能的非线性系统的控制器设计提供有效工具,进一步发展和完善非线性系统的控制理论和设计方法.主要研究内容如下:第一章对非线性系统、有限时间稳定性和几种系统性能分别进行概述.第二章研究具有控制奇异的非线性系统的可预设有限时间镇定.首先,利用反步法引进误差变量,同时构造控制Lyapunov函数及相应的控制器,使闭环非线性系统的状态在任意有限时间内收敛到平衡点.其次,由于构造的Lyapunov函数在控制器变为无界的集合上无界增长,并且其水平集始终保留在可行域内.这使得可行域具有正不变性,并确保了所有轨迹不会越过控制奇异集,从而实现了系统的可行域与吸引域一致,进而使得吸引域最大化.最后,仿真算例验证了所提方法的有效性.第三章研究具有时变输出约束的非线性系统的可预设有限时间跟踪.首先,针对具有时变输出约束的非线性系统的可预设有限时间跟踪问题,提出其可解的充分条件.为满足时变输出约束,通过应用非对称时变障碍Lyapunov函数法,利用跟踪误差变换来消除障碍Lyapunov函数对时间的依赖.其次,通过提出添加附加分数项的方法,构建了一种新颖的虚拟镇定函数.该函数能够在可预设停息时间内将非对称时变障碍Lyapunov函数减小到原点.然后,基于反步法,提出了一种递归设计算法来构造控制器,以确保输出轨迹始终保持在非对称时变输出约束之间,并且在停息时间内收敛到预期轨迹.最后,给出两个例子来说明所提出方法的有效性.第四章研究具有保性能的非线性系统的可预设有限时间跟踪控制.本章的保性能包含时变输出约束和无超调响应两个方面.首先,应用时变障碍Lyapunov函数法,并利用跟踪误差变换来消除障碍Lyapunov函数对时间的依赖.其次,通过使用LGV-反步法,提出了一种递归设计算法来构造控制器和障碍Lyapunov函数使得输出轨迹在停息时间内收敛到预期轨迹.然后,为了实现预期性能,根据初始条件和预期轨迹导数的初始值选择适当的设计参数以确保闭环系统的所有初始条件是负的.最后用两个例子来说明本章所提出方法的有效性.第五章总结论文的主要研究工作,并展望下一步的研究工作与方向.