倒立摆是一个典型的非线性、强耦合、在自然状态下绝对不稳定的系统。它可作为检验各种新型控制方法是否具有正确性的理想装置。在其控制过程中,能反映出许多控制领域中的关键问题,如鲁棒性、随动性及快速跟踪等。因此,将倒立摆作为研究控制方法的对象具有重要的理论研究意义和工程指导意义,获得成功的科研成果已被普遍应用于航空航天、机器人等领域。本文以直线二级倒立摆为控制对象,对其进行稳定性控制方法的研究,研究内容有以下几方面:1.基于倒立摆系统共有特性,从能量转换的角度运用Lagrange方程推导出倒立摆的数学模型;基于现代控制理论对倒立摆进行定性分析,分析结果为倒立摆是一个能控能观的系统。2.研究最优控制方法、变结构控制方法以及模糊控制方法对倒立摆系统的控制。使用最优控制方法控制倒立摆系统时,采用遗传算法寻优加权矩阵中的元素,简化参数的寻优过程;使用变结构控制方法控制倒立摆系统时,通过改进趋近律来削弱系统抖振,从而增强系统的稳定性;使用模糊控制方法控制倒立摆系统时,针对“规则爆炸”问题,运用最佳反馈状态矩阵设计含有降维矩阵的二维模糊控制器,并且通过遗传算法对模糊控制器的参数因子、隶属函数以及控制规则进行优化。在Simulink软件中使用这三种控制方法进行倒立摆控制仿真,均得到了很好的控制结果。3.使用这三种控制方法进行倒立摆实物控制实验,并在实验过程中加入适当的扰动,控制实验结果显示模糊控制方法的上摆杆稳态误差最小,变结构控制的最大;上摆杆受到干扰后重新恢复稳态,变结构控制所用的调整时间最短,最优控制方法的最长。通过控制实验结果的对比分析得到最优控制具有很好的控制精度但快速性和抗干扰能力较差,变结构控制抗干扰能力最强但控制精度最差,而模糊控制同时兼顾系统的控制精度和快速性,体现出智能控制的优越性。通过倒立摆控制方法的研究,发现每一种控制方法都具有自身的优劣势,但模糊控制方法的优势更明显,利用优化算法提高模糊控制的精度来得到更好的控制效果会是一种发展控制理论和控制方法的很好途径。在控制系统的设计时,只有综合考虑系统的各方面性能,才能获得最佳控制器。