现代控制理论多基于精确的数学模型。通常精确的数学模型无法获得或者比较难获得。而在现场的具体控制中往往积累了大量的离线和在线数据。在难以建立被控对象精确数学模型的情况下,如何使用被控对象的输入输出数据进行控制已经成为控制理论领域急需解决的问题。虚拟参考反馈整定方法能使闭环系统传递函数逼近期望传递函数,从而满足控制目标。因此该方法吸引了很多研究人员的关注。本文研究了非线性系统的虚拟参考反馈整定问题并进行了如下的工作：(1)针对单输入单输出非线性系统,使用虚拟参考反馈整定方法设计了两阶自由度的控制器。控制目标是：使参考输入到输出的闭环传递函数逼近选定的参考模型；使扰动输入到输出的闭环传递函数逼近选定的灵敏度函数。虚拟参考反馈整定方法根据控制目标选定二次性能指标和对应的滤波器近似实现控制目标。(2)针对多输入多输出非线性系统,使用虚拟参考反馈整定方法设计了一阶自由度的控制器。控制目标是：使参考输入到输出的闭环传递函数逼近选定的参考模型。具体方法和单输入单输出非线性系统二阶自由度控制器的虚拟参考反馈整定方法类似。具体分析了带有摩擦力的机械臂模型,并使用虚拟参考反馈整定方法设计了控制器。(3)针对非负虚系统的被控对象,研究了构造控制器使闭环系统为负虚系统的问题。分别考虑了单输入单输出线性系统、单输入单输出非线性系统、多输入多输出线性系统和多输入多输出非线性系统的负虚系统构造问题。考虑到在满足一定的条件下,离散负虚系统和离散弱严格负虚不确定性系统的互联内部稳定,那么构造的控制器具有鲁棒性。在上述三类问题中,都将控制器设计问题转化为性能指标的优化问题,再给出具体的控制算法。还给出了具体的仿真实例,验证了虚拟参考反馈整定算法的可行性。