非线性欠驱动系统是控制输入个数少于系统自由度的一类非线性系统,具有强耦合性和强非线性等特点。与全驱动控制系统相比,虽然欠驱动控制系统缺少相应的驱动设备,加大了控制方案设计的难度,但也正是这类系统需要的驱动设备少,组装时能够缩减部分与驱动器和执行器有关的装置,进而减小系统体积、重量及能源消耗等,因此对非线性欠驱动系统的研究具有重要的实际意义。本文针对一类可以用Euler-Lagrange方程描述的非线性欠驱动系统进行研究。倒立摆和球杆系统是控制领域中的学者们常用来验证控制方法的典型非线性欠驱动Euler-Lagrange系统,也是很多实际工程控制问题中采用的抽象系统。论文的研究内容如下:1.基于新型多幂次趋近律的欠驱动系统解耦滑模控制。阐述了解耦滑模控制原理;为了实现非线性欠驱动系统非驱动项和驱动项的同时控制,采用解耦的方法推导出解耦滑模控制器,同时设计出新型多幂次趋近律抑制滑模控制造成的抖动。仿真实验的结果表明该控制方法能够减小系统的稳态误差和抖动,加快系统的响应速度。2.基于扰动观测器的欠驱动系统解耦滑模控制。设计新型分段双幂次趋近律抑制滑模控制造成的抖动,并对该趋近律的最大收敛时间与滑模面初始值无关的特性和固定时间收敛的特性进行了详细的分析。考虑到系统存在的总扰动问题,即模型参数不确定和外界扰动,设计超扭曲扰动观测器。仿真实验的结果表明该控制策略可以减小系统抖动,抑制扰动和增强系统鲁棒性。3.参数不确定倒立摆系统的状态误差端口受控哈密顿（State Error PortControlled Hamiltonian,EPCH）控制与扰动抑制。介绍了欠驱动倒立摆系统的闭环EPCH模型;针对系统的参数不确定和外界干扰问题,分别设计了自适应律和PI控制律。仿真和实验的结果表明,该控制策略可以增强系统的抗扰动能力,减小系统稳态误差,增强系统鲁棒性。本文以倒立摆和球杆系统为仿真和实验的对象进行控制策略的验证,设计的几种控制方法都展现出优良的控制性能,实现了对非线性欠驱动系统非驱动项和驱动项的同时控制。与基于快速趋近律、双幂次趋近律和多幂次趋近律的滑模控制方法及PID控制方法相比,设计的几种控制方法均能改善系统的收敛速度,减小稳态误差,对滑模控制造成的系统抖动及系统参数不确定和外部扰动有更好的抑制能力,增强了系统鲁棒性。