本文的主要内容是对二级环形倒立摆系统的控制策略进行研究。倒立摆系统一直以来都被作为理想的实验平台,来研究系统非线性、鲁棒性等问题。研究人员可以通过对倒立摆系统的不断探索和研究,找出一些更优的控制方法,使这些控制方法广泛的应用于各种高新科技领域。因此对倒立摆系统的研究具有重要的意义。论文的主要研究工作如下:首先,阐述了倒立摆系统的研究背景、研究意义、国内外研究现状及倒立摆系统的组成,根据拉格朗日原理建立二级环形倒立摆系统的数学模型,在平衡位置处将系统进行线性化,得到系统的状态空间方程。利用线性系统的相关定理检验倒立摆系统的稳定性、能控性和能观性,最终我们可以得出环形倒立摆系统虽然是自然不稳定的,但在平衡点是可控和可观的。然后,针对二级环形倒立摆进行LQR控制的研究。LQR控制的核心是选择合适的状态反馈矩阵K,而K又取决于加权矩阵Q和R。通常使用试凑法寻找Q和R,但有时效果不好。所以,利用遗传算法对LQR进行参数寻优,得到最优的控制参数Q和R,再通过MATLAB仿真实验得到输出响应曲线,并分析控制效果。最后,围绕二级环形倒立摆进行模糊控制的研究。由于环形二级倒立摆有6个状态变量,会出现“规则爆炸”问题,这样需要建立一个复杂的模糊规则,从而使模糊控制器的设计变得困难。所以我们引入变量融合技术将输入变量降维,设计了一个二维的模糊控制器,大大降低了设计的难度。再选择合适的比例因子和量化因子以及控制规则就完成了控制器的设计。最后利用MATLAB/Simulink工具模糊控制所建立的系统结构模型进行仿真,通过不断地调试修改,得到了理想的控制效果。通过对系统仿真比较,LQR和模糊控制这两种控制方法对环形倒立摆系统的控制效果都比较好,并且各有利弊。