自从上个世纪五十年代被提出以来,线性系统控制理论迅速受到大量关注并不断飞速发展,目前线性系统控制理论已经日趋完善和成熟,并被广泛应用于工业系统控制。相比之下,非线性系统控制理论起步较晚,目前依然比较薄弱。非线性普遍存在于自然界和工程领域,线性系统实际上只是近似或理想的模型,当系统具有较强非线性的时候,线性控制器性能就会急剧变差,难以达到理想的控制效果甚至无法保证系统的稳定性。在处理非线性问题的时候,可以将非线性系统线性化,然后通过成熟的线性系统控制方法来处理。然而线性化只适合于系统运动范围比较小的情况,而且线性化的前提是系统模型可以被线性化,实际上类似于饱和非线性、死区非线性、时滞非线性等“硬非线性特性”无法用线性化方法来处理,因此为了能够实现对系统的精确控制,必须考虑非线性控制。Port-Hamilton(PH)系统是一类非常重要的非线性系统,许多非线性系统比如电子电路、机械系统、化工过程等的动态方程都可以用PH模型来描述,因此本论文的重点研究对象为PH系统,同时也对一般非线性系统进行了研究。本论文采用的控制方法为一种应用非常广泛的非线性控制器设计方法—无源控制(PBC),在经典无源理论和无源控制的基础上,本论文针对传统方法的缺陷和不足,对其进行了改进和拓展,通过研究取得了以下主要成果:(1)将比例-积分-微分(PID)控制和无源控制结合并将其应用于PH系统,提出了针对PH系统的基于无源理论的PID控制。对PH系统的所有无源输出进行辨识并提出了统一的框架,然后利用该统一输出设计PID控制器,同时证明对于所有正的PID增益,闭环系统的L2稳定性都能够得到保证。通过对闭环系统配置期望平衡点,然后利用能量塑造方法对能量函数进行塑造使之能够作为闭环系统的Lyapunov函数,最终平衡点的(渐近)稳定性就可以得到保证。(2)利用PI控制对多个PH系统的同时镇定和输出调节进行了深入研究。首先针对两个PH系统的情况,建立系统的“增量”模型,构造新的存储函数来保证“增量”系统的无源性。然后设计PI控制器来保证闭环系统平衡点的渐近稳定性,同时系统的输出能够渐近追踪期望值,新构造的存储函数实际上可以作为闭环系统的函数。最后将多个PH系统进行编排并表述为两个增广的PH系统,则之前建立的结果就可以被自然地推广到多个PH系统,即最终实现多个PH系统的同时镇定和输出调节。(3)提出了一种新的针对一般非线性系统的互联和阻尼配置无源控制(NIDA-PBC)方法,极大地扩展了经典IDA-PBC的应用范围,其能够适用于非PH系统和非输入仿射系统。允许系统矩阵直接依赖于控制信号,这样就可以改变偏微分方程的结构,降低其求解的难度。最后将提出的方法应用于升压直流-直流电源转换器,仿真结果证明设计出的控制器不仅易于应用,而且和已有文献中的控制器相比控制性能更好。