球杆系统因结构简单,占用空间小、操作方便易于实验观察等特点,使其成为控制实验室里常用的实验设备;球杆系统还具备非线性、开环不稳定性等特性,是验证控制理论或控制方法的典型设备。本文主要研究内容如下:首先,介绍了球杆系统组成部分以及系统本身存在的非线性、开环不稳定的特点。运用机理法建立了球杆系统机械系统、电机伺服的数学模型,用传递函数形式表示。其次,分析了球杆系统的稳定性和可控性,得出球杆系统是不稳定但可控的系统,为控制器的设计做好了铺垫。设计了状态反馈控制器,并加入到球杆系统进行仿真和实验,实验结果与仿真结果相差较大。经过分析实际影响因素之后,将补偿环节加入到系统中,再次进行控制器的校正实验。再次,介绍了PID控制原理和传统PID控制器参数整定方法。论述了遗传算法的理论基础,并将遗传算法应用到PID控制参数寻优中,将PID控制器应用在球杆系统上,进行了仿真及实验研究。最后,重点分析了遗传算法收敛性,由于遗传算法中交叉和变异概率无法满足个体的个性化要求,限制了搜索范围,最终导致遗传算法出现早熟或者局部收敛。而自适应遗传算法通过改进交叉和变异概率使遗传算子可以随要求自适应改变,这将大大提高算法的全局收敛性。将算法加入到PID控制球杆系统中进行仿真和实验,结果证明控制效果比常规PID及遗传算法PID控制要准确。