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倒立摆系统是一个多变量、强耦合、严重非线性的自然不稳定系统，必须采用计算机控制的方法才能使之稳定。其控制方法在军工、航天、机器人领域和一般工业过程中都有着广泛的应用，如机器人行走过程中的平衡控制、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制等均涉及类似倒立的问题，因此对倒立摆系统的研究在理论和应用方面有着重要意义。本文应用Cygnal单片机C8051F015设计了圆轨倒立摆控制系统。主要完成以下各项工作：
(1)分析了国内外控制倒立摆系统的情况，简要介绍了Cygnal单片机的特点、发展和应用。
(2)分析了控制系统的功能要求，制定了总体设计方案，并详细阐述倒立摆控制系统的硬件设计和软件设计过程。硬件设计分为处理器、电机驱动、A/D转换、D/A转换、电源以及其它单元；软件设计分为初始化、主程序和子程序等三个模块。
(3)应用最优控制理论设计了相应的控制器，实现了圆轨一级倒立摆的摆起和二级倒立摆的平衡控制。
(4)从能量的角度推导单摆的摆起机理，实现了圆轨一级倒立摆的自动摆起。
(5)从能量的角度推导二摆的摆起机理，给出了二级倒立摆摆起控制仿真曲线。