在干扰环境下,快速并且准确地求取传感器信号的导数信息是机电控制系统的一个重要议题。然而,简单的差分估计法容易放大信号中存在的噪声,使所需要的正确信息被淹没在噪声之中。另一方面,虽然状态观测器可以有效抑制噪声,但却需要建立精确的目标信号状态模型,这限制了它的适用范围与通用性。近年来,由于抗干扰能力强,且不需要建立目标信号状态模型。滑模跟踪微分器TD(Tracking differentiator)受到了学术界的广泛青睐,并且在机电控制系统中取得了广泛应用。本文以滑模跟踪微分器及其在机电控制系统中的应用为课题。在分析相平面中TD状态变量收敛情况的基础上,研究了 TD仍然存在的问题。并针对具体问题对滑模跟踪微分器理论进行了拓展。具体工作如下:首先,针对传统滑模跟踪微分器存在远离跟踪目标时收敛速度过慢的问题,本文提出一种快速响应的滑模跟踪微分器TD-E(Tracking Differentiator Enhanced by Exponential Reaching Term)。通过增加指数收敛项,TD-E在不牺牲滤波性能的前提下,加快了系统的收敛速度。另外,为了避免TD-E在离散时间实现时出现高频抖振,本文釆用隐式欧拉法推导了 TD-E的离散时间算法。数值仿真结果显示,所提出的离散时间算法能实现精确收敛且不会产生抖振。最后搭建了直流电机位置控制实验平台,验证了 TD-E在闭环机电控制系统中的有效性。另外,针对传统滑模跟踪微分器在输入不恒定时跟踪性能与滤波性能之间存在矛盾的问题,本文提出一种基于一阶导数前馈的新型微分器。该微分器是基于TD-E的一种拓展,它由两个不同的滑模跟踪微分器组成。一个跟踪微分器用于得出输入信号一阶导数的平滑估计。另一个跟踪微分器同时基于输入信号与输入信号的导数估计量重新设计滑模面,以提高跟踪性能。通过两种不同跟踪微分器的有机结合,所提出的新型微分器可以更好得平衡跟踪性能与滤波性能。另外,本文运用隐式欧拉法推导了新型微分器的无抖振离散时间算法,并用数值仿真验证了其有效性。最后,通过一个变长倒立摆控制仿真算例验证了新型微分器在闭环系统中的效果。