球-杆系统是控制系统设计实验中一个很重要的实验设备。因其操作相对简单、结构不复杂、可以很直观的观测到控制器设计的优劣，因此常用球-杆系统来实现并验证已知的控制理论和控制方法，同时，球-杆系统对新的控制理论和新的控制规律的应用和推广也能起到检验的作用。本文第一章介绍了球-杆系统的结构组成和工作控制过程，并用拉格朗日微分方程的方法建立了系统的数学模型，并在平和点处对其进行了线性化，并在分析这样的模型基础上利用反步法设计了H_∞控制器。本文的研究对象是由德国Amira公司生产并提供的球-杆系统实验设备，该设备本身可以提供一些在电脑上运行的控制软件，但是该控制软件只能实现球-杆系统软件自带的几个固定的控制算法，为了能在球-杆系统中实现更多的控制算法，本文从硬件角度出发对球-杆系统进行改造，使其克服上述缺点。球-杆系统具体的改造方案是：从原来的球-杆设备中引出小球的位置信号和杆的角度信号，信号经过PCI-1711芯片的模数转换后送到Matlab中进行运算处理，而后将经过Matlab处理后的信号经过PCI-1711的数模转换后送到球-杆设备底座中的伺服驱动器内来驱动电机，从而达到控制小球位置的目的。本文对欠驱动系统做了深入的分析，并确定了球-杆系统的欠驱动特性。反步法是一种解决欠驱动系统控制问题的有效方法，但是传统的状态空间反步法在设计原理上存在一定的问题，本文针对球-杆系统设计了改进后的反步法，该反步法在频域下使用，很好的克服了状态空间反步法的缺点和不足。