本文综合运用非线性控制的基本方法,讨论了一类欠驱动系统的输出跟踪控制问题。在反步法框架下,选择联系函数及其导数为对应直接驱动自由度的待镇定系统动态,研究了一类欠驱动系统的非线性输出跟踪控制问题。采用过参数化的递归设计,讨论了一类具有结构化不确定性的欠驱动系统非线性自适应输出跟踪控制问题。再针对可能存在的非结构化不确定性,研究了一类欠驱动系统的非线性鲁棒输出跟踪控制问题。建立了板球系统各个环节的模型,分析了其运动行为和结构特性。引入了非线性系统“主要动态”的概念。确定了板球系统中的“主要动态”。研究了板球系统的镇定控制问题。构造了非线性摩擦力观测器,结合精确反馈线性化和最优控制理论提出了考虑摩擦补偿的镇定控制方法。又在系统初始值大范围变化及控制量受饱和约束的条件下,提出了自调整待设计参数的反步镇定控制方法。实验结果表明两种镇定控制方法都提高了板球系统的控制精度。结合板球系统实验平台BPVS-JLU-Ⅱ,研究了板球系统输出跟踪控制问题。在球参数已知的条件下,以滑模变结构控制、反馈线性化结合极点配置两种方法分别构造了位置控制器。当球半径、质量和转动惯量未知时,采用Lyapunov直接方法与自适应反步法分别构造了非线性自适应位置控制器。在跟踪速度为6mm/s、18 mm/s、30 mm/s三种条件下,采用反步法、自适应反步法、滑模变结构、反馈线性化、模糊控制完成了轨迹跟踪控制实验。实验结果表明,与其它的一些控制方法相比,应用本文提出的非线性控制或者非线性自适应控制方法,较好地完成了跟踪控制任务,提高了板球系统的控制精度。研究得到教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助(项目名称:高速运动条件下板球系统镇定与高精度轨迹控制研究,项目编号:20060183006),并受到吉林大学“985工程”研究生创新基金的资助(项目名称:复杂环境下欠驱动机电系统的自主运动规划与控制,项目编号20080212)。