随着数字化与智能化席卷而来,欠驱动机械系统在机器人、航空航天、深海探测和交通运输等领域发挥了越来越重要的作用。相较于全驱动机械系统,欠驱动系统在保持相同自由度的情况下具有更灵活的结构,欠驱动控制研究可以有效处理驱动机构损坏情况,或抑制由于系统本身欠驱动特性所带来的弊端,增强系统安全性和可靠性。欠驱动系统存在包括动态模型误差、参数不确定性和外部干扰导致的不确定性,因此,探索系统的不确定性,有效处理输入空间的降维问题,实现欠驱动机械系统的高精度控制,具有较大的应用价值和研究意义。本文针对考虑不确定性的欠驱动机械系统动力学控制问题提出了新的解决思路,利用模糊集理论描述不确定性,不确定性可能是时变的但有界的,建立模糊动力学系统并提出基于轨迹跟踪的鲁棒控制算法,最小化基于模糊信息的性能指标,寻求鲁棒控制的优化设计,通过数值仿真和实验研究验证所提控制算法的有效性。控制器没有基于IF-THEN规则,使得欠驱动机械系统在基于模糊信息的最优控制的基础上获得确定性的系统响应。本文主要研究内容和成果如下:首先,介绍了欠驱动机械系统的研究背景和研究现状,研究了模糊集合的基本定义与基本运算,研究了时变系统的平衡点定义及其Lyapunov定理,引入了极限有界的概念,利用Lyapunov函数分析了系统的稳定条件,为控制器设计提供理论准备。其次,根据不确定性信息探索欠驱动机械系统的模糊描述,建立了模糊欠驱动机械系统动力学模型,提出了基于轨迹跟踪的鲁棒控制器,根据Lyapunov-Minimax方法验证控制器的稳定性,保证了欠驱动系统确定性的系统响应,控制器是确定性而不是基于IF-THEN规则。然后,基于模糊不确定性信息提出模糊系统性能指标,性能指标包含模糊系统平均性能和控制成本,通过最小化性能指标,构造鲁棒控制的约束优化设计问题,证明了约束优化问题有解且唯一,求得解的解析形式。以倒立摆系统为对象进行数值仿真研究,对比了不同控制器的控制效果。最后,借助快速控制原型DSP控制器和MATLAB/Simulink,设计了直线电机一级倒立摆实验平台,搭建最优鲁棒控制算法Simulink模型,对比其他控制算法,完成了稳摆控制与抗干扰实验研究,验证了本文所提控制算法的有效性和可行性。