基于视觉反馈的板球系统,是一个典型的欠驱动系统,并且存在多变量、强耦合、非线性等特点,其控制对象为球盘,此球盘是采用两个伺服电机作为驱动装置,其控制球盘的偏转,带动球盘上的小球产生运动,其目的是为了让小球滚动到球盘的指定位置并趋于稳定状态,或让小球按照一定的轨迹运动。在智能控制理论、现代控制理论、计算机图像处理等其它学科上,板球系统可以作为研究平台,用来检测与研究各种算法,因此对板球系统研究具有一定的意义。本文主要研究工作如下:首先,简要介绍了板球系统的物理模型,根据板球系统的受力分析,采用拉格朗日方程法,对板球系统建立动力学方程。由于板球系统中存在多变量、非线性等特性,并且在此基础上考虑系统还受到很多因素影响,如小球的运动速度,小球与球盘的摩擦以及设备自身的误差等都会对板球系统造成一定的影响。同时针对模型的线性化问题,对板球系统进一步分析与简化。其次,对视觉检测系统进行了研究。先介绍了在摄像机标定过程中的图像坐标系、摄像机坐标系以及世界坐标系三者之间的转化,通过小孔成像原理对板球系统的内、外部参数进行了标定;再通过对摄像机采集到的小球图像进行处理,采用高斯滤波及边缘检测得到小球的轮廓信息,经过圆的方程可以得到球心的图像坐标,再联立球盘平面方程就可以得到小球的实际位置。最后,对小球的轨迹跟踪控制算法进行了研究,分别设计PID、前馈PID、模糊PID以及模糊前馈PID控制算法,基于本文建立的板球系统数学模型,在仿真软件MATLAB上进行了板球系统的轨迹跟踪仿真控制实验。仿真实验结果表明,在跟踪信号频率较低时,四种算法都具有较好的跟踪效果。当跟踪信号频率增大时,四种算法在跟踪误差与响应速度上存在差异,其中模糊前馈PID控制算法跟踪效果最好,具有较小的跟踪误差和较快的响应速度。