实际工程系统往往都设有物理安全边界,例如流水线工业系统,风力发电系统,电力系统,高铁系统等,运行过程中系统自身状态受物理边界严格约束,以确保长期稳定可靠运行。一旦这样的物理约束装置被忽略或发生故障,系统就面临超界运行风险甚至发生重大安全事故。随着工业生产复杂化,相应的生产装置和系统的非线性特性日益凸显,系统参数不确定性也随之增加,系统控制器设计难度也随之增加。因此,针对具有参数不确定的非线性系统的状态约束控制问题研究,无论在理论还是应用中都具有重要意义。同时注意到,高速列车牵引/制动过程与其轮轨主动粘着控制就是一个典型的状态约束条件下的跟踪控制问题,也是高速列车主动安全控制所关注的重点难点问题之一。基于此,本文的主要工作内容包括以下两个方面:（1）针对一般非线性系统,将安全约束直接引入Lyapunov函数,根据非线性自适应控制设计流程设计系统控制器,在统一架构下解决系统状态约束控制和状态跟踪控制问题。根据这个设计思路,本文提出了两种不同Lyapunov函数结构,并以此为基础,诱导出两种基于状态约束的非线性自适应方法。为了解决Lyapunov函数中出现的被约束状态的导数观测问题,本文提出了一种低通滤波型自适应高阶状态观测器,实现了对被约束状态的导数估计。理论分析表明,本文提出的基于高阶态观测的状态约束自适应跟踪控制器具有全局稳定性,在确保闭环系统始终不超过安全约束的同时,实现精确的跟踪控制。（2）将上述的状态约束控制理论方法应用于高速列车的防滑牵引制动控制中,实解决高速列车的速度跟踪与防滑约束的问题。其基本思路是将轮轨防滑约束条件直接引入到控制器的设计中,构造出一种蠕滑率边界可控的主动防滑牵引跟踪控制器。基于此,本文重点针对高速列车系统可能出现的系统参数未知或不确定问题,探讨了基于防滑约束的高速列车自适应牵引/制动控制方法,并对提出的控制方法的边界约束性能和全局稳定性进行了详细的理论分析和证明。最后,在Matlab环境中对于提出的控制方法进行了数值模拟仿真。仿真结果表明,对于一般非线性系统,本文提出的方法能够同时实现过程状态约束和给定的跟踪控制目标;对于高速列车牵引/制动控制系统,防滑约束与系统参数自适应估计问题在列车速度跟踪控制过程中得到解决,从而实现了高速列车主动防滑与速度跟踪的相容控制,保证了高速列车的运行安全。