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切换系统是一类具有广泛的工程背景和复杂的动态特性的特殊混合系统。切换系统最优控制理论目前已经得到了较好的发展，但是对于具有系统状态和控制输入约束的非线性切换系统，各种解析方法已经不能满足寻找最优控制策略的需求。因此，如何根据切换系统自身的特点设计合适的数值算法受到了来自科学和工程界研究者的广泛关注。本文围绕切换系统约束最优控制问题展开一系列的研究。主要内容概括如下: (1)考虑了一类具有连续时间不等式约束的切换系统最优控制问题。利用双水平分层优化算法，该问题被分解为两个非线性约束最优化问题:一个是在模态序列给定的条件下关于切换时间与控制输入的非线性连续变量约束最优化问题;另一个是关于模态序列的非线性离散变量约束最优化问题。对于切换时间与控制输入最优化问题，借助于控制参数化方法和时间缩放变换，该问题被转化为参数非线性约束最优化问题。进而，提出了一种基于一类新颖的光滑罚函数的数值算法，并给出了相应的收敛性证明。对于模态序列优化问题，给出了一种基于模态插入技术的求解算法。数值仿真结果验证了该算法的有效性。 (2)考虑了一类切换系统约束最优控制问题。提出了一种基于改进的BFGS（Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno）算法和离散填充函数的双水平分层优化算法，并给出了相应的收敛性证明。该数值算法不但有效地利用了相关函数的二阶梯度信息、充分地改变了模态顺序，而且在算法设计上尽可能地减小了算法复杂度，有效地节省了计算时间。数值方正结果表明该算法是有效的。 (3)考虑了一类由一个微分方程和一个决定在控制器之间如何切换的切换信号组成的切换仿射系统的约束最优控制问题。借助于分段常值函数、Fischer-Burmeister函数、时间缩放变换和光滑技术，该问题被转化为具有简单的线性等式和有界变量约束的参数优化问题。进而，提出了一种基于梯度的数值算法，并给出了相应的收敛性证明。数值仿真结果表明该算法较已有的方法更为有效可行。 (4)在切换系统约束最优控制框架下，考虑了一类具有连续时间不等式约束和终端等式约束的多PID(Proportional-Integral-Derivative)控制器参数整定问题。切换时间和控制器参数都是决策变量。由于约束比较复杂，因此无法利用标准的优化算法来进行求解。为了克服这个困难，提出了一种基于时间缩放变换和精确罚函数的数值计算方法，并给出了相应的收敛性证明。数值仿真结果验证了该算法的有效性。 (5)在切换系统约束最优控制框架下，考虑了一类连续时间情形的多传感器最优调度问题。由于切换时间是未知的，并且可行域可能是非连通的，因此利用标准的优化技术来求解该问题是非常困难的。为了克服这些困难，提出了一种基于时间缩放变换和精确罚函数的数值算法，并对其收敛性进行了分析和讨论。数值仿真结果表明该算法较已有的方法更为行之有效。