在铣削加工、火炮发射等实际伺服系统中,不可避免地存在参数摄动、未建模动态、以及外部扰动等不确定因素的影响,使得伺服系统难以达到期望的控制性能,甚至会影响系统的稳定性。因此,为提高伺服系统的鲁棒稳定性、过渡过程性能以及跟踪精度,必须研究这些不确定因素对系统的影响。扰动抑制作为其主要研究内容之一,是广泛存在于工程实践中的一类基本控制问题,而且一直以来都是鲁棒控制研究的热点。由于实际伺服系统中的各种不确定性和扰动会对系统的控制性能和稳定性产生直接影响,因此对扰动抑制问题的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文引入基于扩张状态观测器（Extended state observer,ESO）的主动抗干扰思想,并根据给定参考输入信号的特征,分别提出基于扰动估计与补偿的伺服系统周期与非周期信号跟踪控制设计方法,旨在提高受扰非线性伺服系统的扰动抑制和跟踪控制性能,保证伺服系统在复杂环境下的稳定性、过渡过程性能、稳态性能和鲁棒性。本文主要围绕以下四个方面开展研究工作:（1）基于线性自抗扰的伺服系统周期信号跟踪控制设计。针对一类具有周期性控制任务的受扰非线性系统,提出基于线性自抗扰的重复控制系统设计方法。首先,依据自抗扰控制思想,将系统内部的各种不确定性和外扰归纳为总扰动,通过将总扰动作为扩展状态变量,建立增广系统。在此基础上设计线性ESO对总扰动和系统状态进行实时估计,并将总扰动估计值引入重复控制规律中,对总扰动进行反向补偿,保证未知非线性干扰下的伺服系统输出对周期性参考输入的高精度跟踪。然后,给出闭环系统的稳定性条件和控制器参数设计算法。最后,通过数值仿真实例和实验验证该方法的有效性。（2）基于非匹配扰动动态补偿的伺服系统周期信号跟踪控制设计。针对一类含有非匹配状态相关不确定性和外界干扰的伺服系统,提出基于降阶广义扩张状态观测器（Generalized extended state observer,GESO）的重复控制系统设计方法,通过对不确定性和扰动进行实时估计和动态补偿,实现对周期性参考输入信号的高精度跟踪。首先,利用系统可测输出和控制输入信号设计降阶GESO,对系统的不可测状态以及包含不确定性和外界干扰的总扰动进行估计。其次,采用动态扰动补偿增益,构造基于扰动在线补偿的复合重复控制规律,消除总扰动对系统输出的影响,保证系统输出对周期性参考信号的精确跟踪。然后,基于小增益定理推导出闭环系统稳定性条件和控制器参数整定步骤。最后,通过数值仿真和实验验证说明所提方法与线性自抗扰以及全阶GESO相比可减小系统相位滞后,提高扰动估计精度。因此,该方法可以更好地处理非匹配扰动抑制问题,保证伺服系统对周期信号的跟踪精度,具有广泛的适用性。（3）基于降阶扩张状态观测器的非线性伺服系统反步控制设计。针对一类具有非周期信号跟踪任务的受扰非线性伺服系统,提出基于降阶ESO的反步控制系统设计方法。首先,通过构造降阶ESO,实时估计系统不可测状态和总扰动,并利用总扰动估计值设计反馈补偿器,从而将被控系统补偿为近似不受扰的积分器串联型系统。其次,基于Lyapunov稳定性理论递归设计反步跟踪控制器,同时引入一阶低通滤波器估计虚拟控制输入的导数项,以避免常规反步控制系统中的计算膨胀和噪声放大问题。然后,证明闭环系统稳定并且跟踪误差有界收敛。最后,数值仿真和实验表明所提方法可有效抑制扰动对系统输出的影响,实现伺服系统对非周期参考输入信号的高精度跟踪,并且与自抗扰控制、降阶自抗扰控制以及基于全阶ESO的反步控制等方法相比更具优越性。（4）多源受扰非线性伺服系统扰动补偿与指令滤波反步制设计。针对一类具有非周期参考输入的多源受扰非线性伺服系统,提出基于降阶GESO的反步控制系统设计方法。首先,通过将各个通道中的总扰动分别作为扩展状态变量,建立增广系统的状态空间模型。在此基础上利用系统可测输出和控制输入信号,构造降阶GESO,对系统各通道中的总扰动进行实时估计。然后,将总扰动估计值引入反步控制器相应通道的虚拟控制律中进行反向补偿,构造基于扰动估计与在线补偿的复合反步控制律。同时在反步控制设计过程中,利用滤波性能更佳的二阶指令滤波器逼近虚拟控制输入及其导数项,根据Lyapunov稳定性理论证明闭环系统的稳定。最后,通过仿真实例证明该方法可实现对匹配和非匹配型扰动的准确估计和有效补偿,保证系统输出精确跟踪给定的非周期参考输入信号。