实际的机械系统在工作过程中不仅会受各种干扰的影响,还会受一些譬如速度、加速度等约束条件的限制,因此研究干扰和状态受限的机械系统的控制问题具有一定的理论和应用价值。由于一般非线性控制方法不能很好地解决这类控制问题,本文主要针对有无柔性关节的两类机械臂系统和一类非完整链式系统在干扰和状态受限影响下进行跟踪控制研究。主要内容具体分为以下几个方面:针对几类运动系统,以理论知识为基础,在研究跟踪控制之前,首先对其进行动力学分析,在一定假设的基础上,利用拉格朗日方法建立简化机械臂模型。然后在Spong提出的柔性关节机器人简化模型的基础上,通过拉格朗日方程法建立柔性关节机器人系统的动力学模型,为下文的抗干扰控制和跟踪控制提供依据。针对具有外部干扰的双连杆机械臂系统,提出一种新的非线性干扰观测器(NDO),实现了抗干扰跟踪控制。通过选取合适的观测器增益矩阵,证明了该NDO的稳定性。与此同时,针对简化模型,通过引入积分滑模面,设计了滑模控制器使得系统跟踪误差渐近收敛到零。最后,通过仿真实例验证了上述控制算法的有效性。针对外部干扰下的柔性关节机器人系统,研究基于干扰观测器的跟踪控制器设计问题。依据第二章的建模分析对多连杆柔性关节机器人的动力学方程及其性质进行描述,将系统转换为链式形式。通过引入一类NDO,实现了对外部干扰的渐近跟踪。进而,利用反步法设计了轨迹跟踪控制器,保证了跟踪误差系统的渐近稳定性。最后,给出了具体的仿真结果,说明了控制器的准确性和有效性。针对一类非完整链式系统,给出了系统的全状态约束下的轨迹跟踪控制算法。通过结合障碍型李雅普诺夫函数(BLF),中继切换和反步法等技术,设计了跟踪控制律。该控制律能够保证系统状态渐近跟踪到期望轨迹,同时能够实现全状态约束。最后,通过两个机器人系统验证了所提中继切换跟踪控制策略的有效性。综上所述,本论文不仅是针对存在外部干扰时对两类机械臂系统进行系统建模,并在此基础上对其进行抗干扰和轨迹跟踪控制设计,还针对非完整系统给出系统模型,在状态受限的条件下进行轨迹跟踪控制设计。