球杆系统是控制理论研究中最为著名的实验设备之一,许多学者在控制理论中的研究都通过球杆系统进行验证。球杆系统受到如此广泛的应用,是因为它有一些很重要的性质,例如其非线性特性、开环不稳定特性等,许多经典的或者现代的设计方法都可以应用到球杆系统中,它成为检验控制理论的理想的实验装置。对球杆系统进行控制的方法多种多样,从经典控制理论中的PID控制、到现代控制理论的模糊控制、神经网络控制、自适应控制等,都可以在球杆系统中得以实现。其中,模糊控制由于具有易于对不确定系统或非线性系统进行控制、对被控对象的参数变化有较强的鲁棒性、对外界的干扰有较强的抑制能力等特点,近年来得到了广泛的发展和应用。本文的目的就是设计一种模糊PID控制器,对球杆系统进行控制。本文在深入分析球杆系统的结构特点,以及影响球杆系统稳定的因素的前提下,利用拉格朗日方程确定球杆系统的数学模型,进行线性化和适当简化,得到易于控制又不失精确性的最终的数学模型。进而根据数学模型设计模糊PID控制器。本文设计的控制器为模糊参数自适应控制器,以系统偏差和偏差的变化率为输入量,通过合适的参数整定方法获得PID的初步参数,引入模糊自适应环节在线自动调整PID参数,实现控制规则和PID参数的在线优化,从而达到使小球以最快速度达到稳定平衡位置的控制目的。最后对所设计的模糊PID控制器进行仿真实验研究,将其控制效果与传统PID控制器、单一的模糊控制器进行比较,结果表明此控制器具有良好的控制效果。