小脑作为人体中重要神经中枢系统，在躯体控制与运动协调等方面发挥着不可替代的作用，尤其在四肢的运动中，其快速、准确、稳定的控制效果一直是控制学研究所追求的目标。而且，小脑的病变或损伤会导致小脑性共济失调，对该疾病的诊断与治疗目前仍然是临床上的一大难题。因此，深入了解小脑的解剖学和生理学机理，建立具有生物合理性的小脑模型，不仅能够促进控制学理论的发展，而且在医学领域也具有重要的参考价值。　　针对现有的小脑建模方法存在片面追求控制的效果，而缺乏对小脑本身特性表达的问题。本论文以小脑的生理学和解剖学特性为基础，从控制学的角度模拟和复制小脑功能，设计一种仿生小脑模型，主要研究内容包括：　　（1）深入研究小脑皮层内部浦肯野细胞、颗粒细胞、攀爬纤维等神经元的连接方式、数量比例以及彼此作用机制等生理学和解剖学知识，建立小脑皮层内部神经元连接方式，结合攀爬纤维在小脑学习过程中传递误差信息的观点，以可调模式产生器模型为结构框架，并提出基于监督学习方式的小脑建模方法和模型参数计算方法。二自由度手臂运动控制仿真实验表明该小脑模型能够很好地跟踪理想轨迹，且随着模型中基本单元数量增多，小脑模型的学习速度越快。　　（2）针对攀爬纤维放电频率低的特性，其可能会为浦肯野细胞提供有关运动中非期望因素的惩罚信号，且小脑能够接收外部环境与内部环境的感觉信息，对行为可以进行评价的猜想，本文采用行为器-评价器算法设计其学习过程，建立了基于强化学习机制的小脑模型，并通过二自由度手臂运动控制仿真实验对其控制效果和学习能力进行检验。仿真结果表明，该小脑模型也具有较好的理想轨迹跟踪性能。　　（3）基于以上设计两种的小脑模型，本研究建立了Phantom Omni力反馈器运动控制系统。并在该系统中，通过设定不同的初始位置和目标位置，对两种小脑模型的控制效果进行检验与对比。显著性分析表明，二者控制效果并无显著性差异。　　本文实现了在神经元层次上对小脑的建模，并采取不同的学习机制实现了具有两种小脑学习过程的小脑模型，尤其是基于强化学习的小脑模型能够在未知环境下通过与环境的交互、学习和训练，获得像人一样的自主学习技能，体现了强化学习作为小脑学习所采取的方式具有一定的合理性。