倒立摆为典型的快速、多变量、非线性、绝对不稳定系统,对倒置系统的研究在理论上和方法论上均有深远的意义,对倒立摆的研究可归结为对非线性多变量绝对不稳定系统的研究,其控制方法和思路对处理一般工业过程亦有广泛的用途.该文推导了二级倒立摆的数学模型,研究了它的控制方法,并进行了实际的实验操作.滑模变结构控制由前苏联学者Emelyanov在上世纪五十年代提出,后经Utkin和Itkis等人进一步研究发展.由于它具有独特的鲁棒性以及对匹配不确定性和外部干扰的完全自适应性等特点,到上世纪七十年代,逐渐引起西方学者的重视.目前滑模变结构控制理论已经得到了充分的发展,成为非线性控制理论的一个重要分支.所研究的对象涉及离散系统、分布参数系统、滞后系统等.然而滑模变结构控制带来的高频抖振是其应用到实际系统中的障碍.为了解决这一问题,许多其他的先进控制技术如自适应控制、模糊控制等也被综合应用到滑模变结构控制系统的设计中.首先,在参考大量的国内外文献的基础上,分析了变结构控制的基本原理以及基本概念,总结了变结构控制的发展历史、现状和发展前景.分析和综述了近年来国内外控制二级倒立摆的新理论和新方法,如模糊控制、H∞设计方法、神经网络、滑模变结构控制、混合控制等等.其次,分析了二级倒立摆的数学模型,并给出了极点配置、最优控制和状态观测器的设计,从而实现了二级倒立摆的控制.然而,由于现代控制理论的抗干扰能力差,鲁棒性弱,所以运用滑模变结构控制理论对二级倒立摆进行稳定控制.讨论了几种不同的切换函数选择方法.并针对变结构控制系统所特有的抖振问题做了比较深入的探讨,在综合了现有消振经验、方法的基础上提出了一种趋近律控制和符号函数连续化相结合的减弱抖振的方法.试验结果表明这种方法可以使系统同时具有这两者的优点.另外,结合近年来电力电子和直流伺服驱动新技术,以UC2637和EXB841为基础设计了双极式脉冲宽度调制(PWM)直流功率放大器,用于大功率直流伺服电机的驱动.