在实际工程中,非线性现象是普遍存在的,随着非线性控制理论的发展,非线性控制系统的研究已经得出了不少结论。在非线性控制中,当控制所需状态反馈量无法通过直接测量得到,或者难于得到时,就需要重构系统状态,因此非线性观测器的设计与应用一直是非线性控制中的一个重要环节。倒立摆系统是典型的非线性、强耦合、多变量和自然不稳定的系统。在控制过程中,它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题,是检验各种控制理论的理想模型。围绕这一系统,进行了反馈线性化控制及基于非线性观测器的稳定设计。 围绕倒立摆这一系统,本文首先介绍了一、二、三级倒立摆的结构以及通用数学及仿真模型,分析了倒立摆实际系统中的非线性因素。在第三章中使用反馈线性化实现了对倒立摆的控制,接下来的第四章给出了非线性观测器目前的发展状况,就目前较为成熟的几种非线性观测器技术,给出了仿真范例及仿真结果的分析比较,并给出了一级倒立摆的基于线性观测器和非线性观测器的比较结果和二级倒立摆的基于观测器的滑模控制仿真结果。最后章节为实现倒立摆网络实验室,采用 OpenGL 建立了一、二、三级倒立摆的三维立体虚拟环境,通过 VC 调用 Matlab 引擎解决了实验中大量的计算问题,并且使用 MFC 开发了用于倒立摆智能实验室的应用软件,软件具有友好的用户界面,生动的 OPENGL 动画演示,用户可以方便的通过软件调用 MATALB 进行计算,并利用 ASP 设计了网络实验数据库管理系统以完善网络实验的管理。