本发明公开了一种用于伺服系统辨识与控制器设计的方法，包括以下步骤：根据其输入输出特征，假定伺服系统阶数，取自回归滑动平均模型描述伺服系统脉冲传递函数；对伺服系统输入激励信号；采集转速控制器输出的转速反馈信号；辨识伺服系统脉冲传递函数中的系数；采用奇异值分解的形式作伺服系统初步降阶，然后通过基于主导极点算法进行进一步降价，再基于内模原理作系统扩维；确定状态观测器极点并确认状态观测器有效性；设计并调节LQR控制器参数；校验LQR控制器的控制效果。本发明基于内模原理的线性二次型控制，便于进行仿真和实现，成本低，并使原伺服系统达到比传统PID控制器更好的性能指标。