机器人系统具有快速、准确、高效等优点,因此机器人被广泛应用于工业、农业、军事等各个领域。在实际应用中,机器人又是具有强耦合、不确定性和干扰的非线性系统,如未建模动力学、连杆质量、测量噪声、关节摩擦、负载变化、外部环境干扰。机器人受到的干扰会降低系统的位置跟踪性能,甚至破坏系统的稳定性。因此,需要设计有效的控制方法以补偿干扰。补偿机器人受到干扰的一个有效途径是采用干扰观测器。本文主要针对受外源干扰、匹配干扰和非匹配干扰情形下的机器人系统,分别研究基于干扰观测器的控制方法,以对系统所受干扰进行补偿的同时实现良好的位置跟踪性能。本文主要工作的总结如下:(1)针对受外源干扰非线性机器人系统,研究其外源干扰抑制和位置控制问题,提出一种基于反演控制器和干扰观测器的复合控制器。首先,在不考虑干扰的情况下,设计机器人反演控制器,使机器人系统满足位置跟踪性能;其次,设计非线性干扰观测器对机器人系统受到的外源干扰进行估计;最后,结合反演控制器和非线性干扰观测器形成复合控制器,以提高机器人系统对外源干扰的补偿能力和位置跟踪性能。采用Lyapunov函数法对受外源干扰的机器人复合控制闭环系统进行稳定性和跟踪性能分析。将所设计的复合控制器在Phantom Omni机器人平台上进行实验验证,并在实验中将其与单纯的反演控制器作对比,结果表明:所设计的复合控制器可以使机器人系统具有更好的外源干扰补偿性能和位置跟踪性能。(2)针对受未知参数外源干扰的非线性机器人系统,研究其干扰抑制和位置控制问题,该外部干扰是由含未知参数的外源系统产生,提出一种基于反演控制器、两步干扰观测器和干扰估计器组成的复合控制器。首先,在不受外源干扰的情形下,设计反演控制器实现机器人的位置跟踪性能;其次,设计两步干扰观测器和干扰估计器对含未知参数的外源干扰进行估计;最后,利用反演控制器、两步干扰观测器和干扰估计器形成复合控制器,以提高机器人系统对未知参数外源干扰的补偿能力和位置跟踪性能。采用Lyapunov函数法对受未知参数外源干扰的机器人复合控制闭环系统进行稳定性和跟踪性能分析。仿真中将所设计的复合控制器与单纯的反演控制器作对比,结果表明:所设计的复合控制器可以使机器人系统具有更好的未知参数外源干扰的补偿性能和位置跟踪性能。(3)针对受匹配和非匹配干扰的非线性耦合机器人系统,研究其匹配和非匹配干扰抑制和位置控制问题,提出了一种基于自适应干扰观测器的指数滑模控制器。首先,将机器人系统中的匹配干扰、非匹配干扰及其导数定义为集中扰动。其次,设计非线性干扰观测器对系统中的集中扰动进行估计,同时采用自适应律估计集中扰动的界。最后,结合非线性干扰观测器和指数趋近律设计指数滑模控制器,以提高机器人系统对集中扰动的补偿能力和位置跟踪性能。采用Lyapunov函数法对受匹配和非匹配干扰的机器人系统进行稳定性和跟踪性能分析。仿真中将所设计的基于自适应干扰观测器的指数滑模控制器与传统滑模控制器作对比,结果表明:所设计的指数滑模控制器可以使机器人系统具有更好的匹配和非匹配干扰的补偿性能和位置跟踪性能。