机械系统、机电系统和电磁系统等非线性系统是构成工业应用的基本系统,一般可表示为Port-Hamiltonian (PH)系统形式。如何利用PH系统的特点,研究系统的镇定控制器设计方法,为实际应用提供有效手段,具有重要的理论意义和应用前景。论文针对PH系统的镇定控制器设计问题开展研究,取得主要研究成果如下。(1)提出了基于期望动能函数的动能整形方法。针对时不变PH系统,利用Hamiltonian函数的特点,提出了一种动能整形方法,利用系统动能函数构造一个正定的期望动能函数,与时不变PH系统建立相应的匹配方程,通过求解匹配方程获得系统的镇定控制律,实现了局部能量对整体能量的匹配,有效避免了传统方法求解期望Hamiltonian函数的复杂过程和求解偏微分方程的困难。同时,针对时变PH系统,利用期望动能整形方法构造一种时不变期望动能函数,与系统的时变Hamiltonian函数建立匹配方程,通过求解匹配方程获得系统的镇定控制律,实现了状态变量匹配和时间变量匹配的分离,有效避免了传统方法要求时间微分非增性条件的依赖,更具普遍性。(2)分析和证明了期望阻尼矩阵在时不变PH系统镇定设计的作用。在时不变PH系统具有相同期望能量函数的情况下,证明了期望阻尼矩阵在能量整形镇定设计的作用,即期望阻尼矩阵越大,被控系统到达期望平衡点的镇定速度越快。同时,通过三相电机系统进行仿真实验,验证了所得结论的有效性。(3)提出了带输入饱和的时不变PH系统的能量整形镇定设计方法。针对带输入饱和的时不变PH系统,提出了一种无期望阻尼注入的能量整形方法,利用系统Hamiltonian函数和期望Hamiltonian函数直接建立一种能量平衡模式匹配方程,通过求解匹配方程获得系统的镇定控制律,克服了带输入饱和的系统在能量整形过程中无法进行有效期望阻尼注入的局限性。(4)建立了带时滞的Hamiltonian控制系统模型,提出了一种基于二对一匹配原则的系统镇定设计方法。针对仿射非线性控制系统,利用向量场分解方法建立了带时滞的Hamiltonian控制系统模型,提出了一种二对一匹配原则,将系统的两个Hamiltonian函数与期望能量函数进行匹配来实现能量整形,获得系统的镇定控制律,有效避免了传统方法对于Lyapunov-Krasovskii泛函的依赖。