在实际工业生产过程中,大部分工业对象都存在着严重的非线性,并且不可避免的受到噪声的影响。由于模型的非线性和噪声干扰的存在,严重地影响到系统的鲁棒性和控制性能,因此一直是控制领域的研究热点。传统的控制理论,在建模时通常将噪声统一视为较简单的高斯噪声,然而,在工业过程中,任何的实际系统存在的噪声干扰都非常复杂,这些噪声干扰种类复杂,来源众多,有的呈现出复杂的非高斯分布,有的呈现出高斯分布,但是,即使系统受到的噪声干扰服从高斯分布,系统输出也会在非线性传递过程中呈现非高斯分布。当这些非高斯特性无法被忽略时,所设计的控制系统性能就会偏离预先的设计要求,并呈现明显的非高斯干扰。回路传递函数恢复方法LTR(Loop Transfer Recovery)是一种可以同时应用在时域和频域的控制方法,但是现有针对非线性系统的LTR控制方法研究较为缺失,尤其是包含非高斯噪声非线性系统的研究。因此,对于回路传递函数恢复方法的优化改进、及其在更复杂系统应用的相关研究具有重要的理论价值和实际意义。基于输出误差的传统单自由度LTR控制器不能同时满足对非线性系统控制效果与鲁棒性的要求,本文提出一种基于CKF的非线性两自由度LTR控制器设计方法,并针对包含复杂非高斯噪声的非线性系统,设计出相应的控制结构。本文在现有LQG/LTR控制方法的研究基础上,对LQG/LTR的控制结构进行改进。首先,本文采用了容积卡尔曼滤波器CKF代替传统LTR控制器中的卡尔曼滤波器,对滤波器进行了改进设计,通过对容积卡尔曼滤波器增益矩阵的计算,完成状态观测器的设计,使得LTR控制器在非线性系统依然可以进行高精度的状态变量的观测。其次,本文设计了两自由度LTR控制方法,通过前置控制环节实现系统的增广,并和状态反馈控制器共同组成两自由度LTR控制结构,再利用分离原理分别构建基于CKF的状态观测器和两自由度控制器,从而得到适合于非线性控制系统的LTR方法。通过对经典的实例单变量CSTR反应器模型和多变量三容水箱模型进行仿真实验研究,结果表明:本文提出的非线性LTR控制方法具有令人满意的鲁棒性表现和良好的控制性能。对于具有非高斯噪声的非线性系统,本文通过最小熵原则对容积卡尔曼滤波器进行优化,使系统在非高斯噪声干扰下依然表现出良好的状态观测性能,同时对状态向量和状态空间矩阵进行分解增广,利用LTR方法设计出可应用在具有非高斯噪声的非线性控制系统,并使用概率密度函数函数来衡量控制系统的性能。最后,仿真实验结果显示:基于最小熵优化CKF的非线性LTR控制方法具有良好的扰动恢复能力,较强的输出响应能力,优秀的鲁棒性。