欠驱动系统是一类所含控制器数目少于系统自由度的非线性系统。在工程技术领域有着广泛的应用背景，如欠驱动机械臂、欠驱动航天器和欠驱动水面或水下船舶等等。最简单的欠驱动机械臂是一种平面两连杆机械臂。该类欠驱动机械臂根据驱动关节不同，分为两种类型：其一为在肩部关节处没有驱动(电机)，在肘部关节处有驱动器的平面机械臂；其二是在肩部关节处有驱动器，而在肘部关节处没有驱动器的平面机械臂。前者称为Acrobot机器人或Acrobot系统，后者称为Pendubot机器人或Pendubot系统。两系统都有两个自由度和一个系统输入。本文针对这类机械臂系统进行分析研究，控制的目标是将系统从其平稳下垂位置，通过肘部或肩部的电机力矩驱动及依赖系统本身的非线性耦合摆动至垂直竖立位置并使之最终稳定。 论文首先利用拉格朗日动力学建立欠驱动机械臂动力学模型，根据该模型及系统参数提出了机械臂控制策略。针对欠驱动Acrobot机械臂系统，利用反馈线性化和基于能量的模糊控制方法摇起机械臂，并提出简单可行的模糊平衡控制策略及神经网络平衡控制策略，实现了对机械臂的摇起和平衡控制，仿真实验结果验证了该方法的有效性。针对Pendubot机械臂提出基于部分反馈线性化与线性二次调节器(LinearQuadraticRegulator—LQR)方法结合的控制策略和基于部分反馈线性化与模糊控制方法相结合的控制策略，并在各种控制算法中运用粒子群进化方法对各类控制器参数进行优化，从而提高了系统的控制性能。