球杆系统是研究控制理论的典型实验模型,在自动控制的实验中经常使用。虽然球杆系统结构比较简单,但球杆系统涵盖许多需要深入研究的控制对象的特性,具有一类非线性系统的性质,能够反映控制器的控制作用,因此球杆系统具有重要的研究意义。在球杆系统中,一些信息对控制球杆系统很重要,其中小球的位移信息可以用传感器等一些测量手段直接得到,而小球的位移速度、横杆转角以及转角的角速度是不可测量的,因此实现对球杆系统的有效控制具有一定的挑战性。由于球杆系统中存在不可测的状态,因此需要采用状态估计方法来得到球杆系统的估计状态。随着状态估计方法的深入研究,越来越多的状态估计方法被用于各种控制系统,观测器是目前比较常用的状态估计方法之一。非线性系统由于本身的复杂性,非线性系统观测器不像线性系统观测器那样已经有比较完备的理论体系,非线性系统的观测器设计仍然是一个研究难题。由于球杆系统的本质是非线性系统,因此球杆系统观测器的设计是一个难点。TS模糊控制理论是研究非线性系统控制的重要方法之一,TS模糊模型可以用隶属度函数连接的线性子系统表示整体的非线性系统,TS模糊模型因其具有高度逼近原始系统的特点成为模糊建模中的热门方法。TS模糊控制算法用于解决非线性系统观测器的设计问题时存在两种情况,前件变量可测时,非线性系统观测器的设计比较容易,前件变量不可测时,非线性系统观测器的设计相对较难。当TS模糊控制理论用于球杆系统的观测器设计问题时,由于球杆系统具有非线性,因此需要使用一种新的N-TS模糊模型,其主要思想是按照是否可测划分非线性项,建立一个前件变量可测的球杆系统模糊模型。基于N-TS模糊模型设计球杆系统的模糊观测器,具体的研究工作如下:（1）本文选择的研究对象是固高科技公司的球杆系统GBB2004,考虑其小球运动过程中的动能和势能变化,使用拉格朗日方程建立球杆系统的数学模型。由于球杆系统本身的特征,球杆系统的数学模型具有非线性,因此使用TS模糊控制理论研究球杆系统,建立球杆系统的TS模糊模型。基于TS模糊模型设计的球杆系统模糊观测器具有不可测前件变量,并且模糊规则数随着非线性项增多而提高。为了解决这些问题,对球杆系统的非线性项按照是否可测进行划分,建立球杆系统的N-TS模糊模型。（2）基于N-TS模糊模型设计球杆系统的模糊观测器,避免了前件变量不可测的问题,减少了模糊规则。用微分中值定理处理球杆系统模糊观测器中的不可测局部非线性项,用Lyapunov稳定性方法设计观测器,得到观测器的设计条件,用线性矩阵不等式表示。通过对线性矩阵不等式的求解,得到观测器设计参数。（3）搭建Simulink环境,构造球杆系统模型和球杆系统模糊观测器模型,验证球杆系统模糊观测器效果。搭建球杆系统实验环境,进一步验证球杆系统模糊观测器设计方法的可行性。仿真模拟和球杆系统实验都表明模糊观测器可以跟踪上球杆系统中的状态变化,得到球杆系统的状态信息,模糊观测器是有效的。