近年来,轮式机器人在工业、农业、家庭、交通、军事等领域得到了广泛的应用,因此轮式机器人的研究和开发是自动化领域一个非常重要而且有意义的课题。轨迹跟踪控制是实现机器人自主运动的关键,精确的轨迹跟踪控制是轮式机器人完成复杂任务的前提。但是轮式机器人在实际环境中存在建立精确模型困难,模型非线性,非完整约束,内外部干扰多,控制复杂轨迹较难等问题,都对其完成工作造成了极大的挑战。良好的轨迹跟踪控制技术能够使其在实际的工作环境中实现快速、稳定、安全的工作效果。因此,本文针对轮式机器人的轨迹跟踪控制问题进行了深入的研究。首先,研究了轮式机器人在受到非随机和随机干扰情况下的轨迹跟踪控制问题,在考虑线性动力学模型时,设计了带有扰动观测器的卡尔曼滤波来估计非随机扰动和系统状态的同时处理随机扰动,根据其观测信息,提出了双闭环积分滑模控制器。根据Lyapunov稳定性理论,对双闭环控制系统的收敛性和稳定性进行了理论分析。本章算法的合理性通过仿真结果得到了验证。其次,在上一章基础之上,进一步考虑轮式机器人的非线性动力学模型,利用带有扰动观测器的扩展卡尔曼滤波,估计轮式机器人的状态和非随机扰动,并且处理随机扰动,然后根据其观测信息设计了速度环的误差反馈控制器,在位置环设计了运动学控制器。通过理论分析,证明了该控制策略的系统鲁棒性和稳定性。直线和圆形轨迹跟踪仿真结果验证了算法的有效性。然后,针对在扰动环境下轮式机器人轨迹跟踪控制的误差收敛时间问题,设计了双闭环有限时间控制策略和双闭环固定时间控制策略两套控制方案。在极坐标系下建立了轮式机器人的运动学模型,分别建立了有限时间扩张状态观测器和固定时间扩张状态观测器估计状态和外部扰动,然后基于积分非奇异终端滑模控制设计了对应的双闭环有限时间控制器和双闭环固定时间控制器。设计的Lyapunov函数证明了所提出的两套双闭环控制系统的稳定性,并且得到了收敛时间。最后通过仿真对两种控制方案的性能进行了比较和验证。最后,考虑存在扰动影响的轮式机器人的最优控制指标的问题,提出了位置环自适应积分滑模控制与速度环前馈加反馈的最优控制结合的双闭环轨迹跟踪控制策略,利用固定时间稳定性理论改进的非线性扩张状态观测器估计系统外部扰动和内部不确定性,并且补偿到控制器。然后对本章双闭环系统的稳定性和算法的可行性进行了理论分析。仿真对比结果证明了控制策略的有效性和鲁棒性。