随着科学技术的快速发展,工业生产中对控制系统性能有了更高的要求,而以PID为代表的传统控制方法很难满足系统的高性能要求,因此研究如何将先进的控制算法应用到工业系统中来提升系统控制性能是十分有必要的。为了提升系统的收敛性和抗干扰性能,本文针对若干典型工业控制系统中的控制问题,采用扰动观测器,预测控制,滑模控制和有限时间控制等先进控制算法进行了设计和验证。主要的研究结果和贡献如下:一、针对交流感应电机系统,介绍了目前交流电机的两种基本控制策略,矢量控制和直接转矩控制。结合电压源逆变器的有限开关状态特性和电压输出,提出了有限集模型预测控制方法,主要设计了预测转矩控制和预测电流控制两种方案。在此基础上从理论角度分析并比较了这四种交流电机控制策略,对各自的优缺点从理论上进行了分析和总结,然后根据实验结果进行了验证讨论。针对基本的预测转矩控制方案考虑感应电机负载扰动和参数不确定问题,采用了基于扰动观测器技术,设计了基于扰动观测器的预测转矩控制方案,通过仿真和实验验证了方法的有效性。二、在永磁同步电机系统矢量控制框架下,考虑电流动态特性情况,采用速度环二阶系统模型,设计了有限时间积分滑模控制器,并且进行了实验验证。考虑到滑模控制方法高切换增益带来的抖动问题,设计了扰动观测器前馈补偿方法,这样可以使积分滑模控制器采用较小的切换增益,从而减小了滑模抖动。三、针对直流变换器系统,在平均开关模型下考虑负载电阻扰动,这里的扰动与控制输入不在一个通道上,也就是所谓的不匹配扰动。对系统不匹配扰动的处理目前研究的较少,本文主要采用滑模控制方法来研究直流变换器系统的不匹配负载电阻扰动问题。设计扩张状态观测器处理不匹配扰动,基于扰动估计设计动态滑模面从而设计出滑模控制器。仿真和实验也验证了方法的有效性。另外,考虑到有限时间控制方法相对传统的渐近稳定控制而言具有收敛性更快和抗干扰性能更好的优点,本文提出了有限时间控制方法。设计了有限时间扰动观测器来观测直流变换器不匹配扰动,利用扰动估计设计了非线性滑模面来得到基于有限时间扰动观测器的非奇异终端滑模控制器,给出了严格的理论分析与证明。最后仿真和实验验证了该方法的有效性。四、针对直流变换器系统而言,上述研究采用电压和电流传感器来设计状态反馈控制器,本文考虑无电流传感器情况,首先采用迭代方法和加密积分技术设计了有限时间状态反馈控制器,通过降阶观测器估计系统状态,而不是全阶观测器,得到最终的有限时间输出反馈控制器。与终端滑模控制不同的是,这里的有限时间输出控制器主要是采用加幂积分技术来实现的,因此是连续的,仿真和实验验证了方法的有效性。最后讨论了闭环系统在不同分数幂情况下的收敛性能和鲁棒性能。