自从Mandelbort首次在真实系统中发现分数维现象以来,越来越多的学者通过分数阶微积分理论建立数学模型研究真实工程技术系统。研究发现,与整数阶系统相比,分数阶系统所描述的系统特性与真实工程技术系统的特性更为接近。另一方面,严格来说,自然界中的各种物理现象都是非线性的。本文主要研究分数阶非线性系统参数估计、分数阶非线性系统稳定性理论、分数阶控制器设计、分数阶非线性系统控制电路实现问题。第一,通过合理地构造适应度函数,将分数阶非线性系统的参数估计问题转化为参数优化问题,然后该问题就可以利用群智能优化算法来求解。针对目前群智能优化算法存在的问题提出一种改进边界约束处理方法,基于此方法,分别提出改进边界约束处理方法的教与学优化算法(ICTBLO)、改进边界约束处理方法的鸡群优化算法(ICCSO)。以分数阶Lorenz系统和分数阶耦合电机系统为例,证明本文所提出的改进边界约束处理方法的有效性和合理性。另外,研究分析了时间序列对分数阶非线性系统参数估计精度的影响。第二,研究分数阶非线性系统稳定性问题,给出了一种分数阶非线性系统稳定的充分条件。以分数阶Lorenz系统和分数阶耦合电机系统为例,进一步证明所给出的充分条件的正确性。第三,研究分数阶控制器设计问题,在整数阶washout滤波器的基础上,给出了分数阶washout滤波器的设计方法,以分数阶Hodgkin-Huxley神经元系统为例进行阐述,并与整数阶washout滤波器进行对比,证实了分数阶washout滤波器的有效性。第四,研究分数阶非线性系统控制电路分析设计方法,基于波特图频域近似法,研究了一种分数阶Lorenz系统的线性反馈控制,并设计树型电路单元来实现分数阶Lorenz系统的线性反馈控制。