球與輪系統為一個不穩定的非線性系統，其機械結構並不複雜，故適用於驗證各種控制理論。

球與輪系統是由一個球在輪子上滾動所組成的，其中是利用角度感測器來做回授信號，而其控制的目的是控制直流馬達驅動輪子使球立在輪子上方達到平衡，本論文首先介紹如何建立此系統之機構，然後推導出系統之數學模型，再將球與輪控制系統轉化成一Lur’e系統，在控制器選定為PID後，利用圓準則(circle criterion)來判定系統的穩定性及PID參數的調設。

最後將所得PID控制器利用類比電路來實現，並獲得與系統模擬相吻合的結果，達到球的平衡控制。

本實驗旨在提出一新的機電實驗系統架構，此簡單的機電系統稱為「球與輪系統」，此系統由直流馬達帶動輪盤使球能立在輪子上達到平衡。於實驗中將証實此系統可以利用全狀態回授線性化來設計穩定化之控制器，最後控制法則將利用數位訊號處理器來實現。