滚球控制系统是一套基于视觉反馈,通过调节平板倾斜角度实现板上无约束小球运动控制的复杂机械装置。该装置在自动控制领域也称作板球系统,由于其固有的非线性、时滞性、欠驱动等特性而成为国内外诸多学者验证新型非线性控制算法控制效果的典型实验平台;从实践教学角度看,该系统所涉及知识领域之广也使其成为众多高校学生拓展思维、提高践行能力的课程设计平台。本文提出了一种全新的滚球控制系统构建方案,针对小球的目标位置镇定控制与轨迹跟随问题设计了滚球控制系统的模糊PID控制器和模型参考滑模控制器,并在实际系统中验证了所提控制策略的有效性。首先,构建了滚球控制系统的总体框架和数学模型。该数学模型的构建基于一定的条件简化假设与拉格朗日动力学方程,分别从平板旋转角加速度控制和平板倾角控制两个方向推导了该系统的状态方程,并结合两种控制量的控制特点进行了最终模型的选定。其次,提出了滚球控制系统的模糊PID控制策略。通过算法分析指出了经典PID控制应用于该系统时所存在的参数整定困难等问题,并引入模糊控制思想设计了该系统的模糊PID控制器,仿真结果验证了该算法在改善小球动态性能问题上的有效性。再次,考虑实际系统时滞问题设计了滚球控制系统的模型参考滑模控制器。通过在系统模型中引入响应延迟,指出了实际系统中时滞问题对控制器性能的影响,并提出了该系统基于模型参考的滑模变结构控制策略,仿真实验表明利用无时滞理想参考模型的输出迫使实际系统跟随参考模型动作,能够有效的降低系统时滞对控制性能的影响。最后,通过对比不同的硬件结构方案完成了实际滚球控制系统软硬件设计,并基于该系统实现了所设计控制器的性能测试,完成了小球的镇定控制与轨迹跟随控制。