作为控制理论与控制方法有效性验证的实验平台，倒立摆系统是一个典型的高阶次、多变量、非线性和自然不稳定系统的代表。所以，它与控制理论有着千丝万缕的联系以及深厚的渊源。对它的控制研究既有很深的理论意义，也具有重要的实际应用价值。目前，国内外对于倒立摆的稳定控制研究已进入了深刻细微的程度，包括各种控制方法的涌现，和对各级倒立摆的各种控制方法。诸如经典线性控制、非线性控制和最新的智能控制，研究成果层出不穷。在这样的研究背景下，要做到对倒立摆控制方法的创新是有一定的困难的。在解决系统非线性控制问题的背景下，产生了滑模变结构控制理论，它具有很好的快速性和很强的对外鲁棒性。因此，在对倒立摆的稳定控制问题中，滑模控制具有一定的优越性。与此同时，滑模控制也具有一些缺点，比如由于切换控制引起的系统抖振问题，在运用滑模控制时要必须解决。所以，与其他控制方法的结合，来弥补这些不足是很好的思路。本文工作内容以及一些创新要点：1、首先分析了倒立摆的结构组成和特性，在此基础上建立了直线一、二级倒立摆的数学模型，并学习了现代控制理论，利用其分析了系统的可控和可观性。2、滑模控制具有无全局鲁棒性和抖振现象的特点，二者是一对矛盾。对此，给出了基于LMI的滑模鲁棒状态反馈控制，利用线性矩阵不等式优化处理，并应用于直线一、二级倒立摆中。控制效果明显，系统鲁棒性提高，抖振现象也得到改善。3、在模型参考自适应控制中，系统参考模型的求取有一定的困难，尤其当被控对象是高阶次系统时，人工手动凑试的方法则无能为力。为此给出了基于极点配置的模型参考自适应控制方法，简便地求出了直线一、二级倒立摆的理想参考模型。4、当系统变得很复杂时，在求系统的精确数学模型时，有一定难度。为此，给出了一种自适应滑模控制，无需物理参数，并在倒立摆中成功应用。5、根据所设计的控制方法，在MATLAB环境下稳定控制住了直线一、二级倒立摆系统。