倒立摆系统作为研究控制理论的一种典型的实验装置，具有成本低廉，结构简单，物理参数和结构易于调整的优点，然而倒立摆系统本身所具有的高阶次、不稳定、多变量、非线性和强耦合特性，是一个绝对不稳定系统，必须采用十分有效的控制策略才能使之稳定。倒立摆系统是研究变结构控制，非线性控制，目标定位控制，智能控制等控制方法理想的实验平台。 本文围绕一级倒立摆系统和二级倒立摆系统，采用模糊控制和滑模变结构控制理论研究了倒立摆的控制系统仿真和实物系统控制问题。实物控制的成功进一步证明了本文设计的控制器有很好的稳定性、鲁棒性和适应性。主要研究工作如下： 1．建立了一级、二级倒立摆系统的数学模型，对倒立摆系统进行定性分析。并证明倒立摆系统开环是不稳定的，但在平衡点是能控的和能观的。 2．倒立摆系统的模糊控制算法研究。运用最优控制方法设计了融合函数，减少模糊控制器的输入变量维数，成功解决了“规则爆炸”问题。 3．倒立摆系统的滑模变结构控制研究。运用常值切换和比例切换设计了倒立摆系统的滑模变结构控制器。 4．实现了倒立摆模糊控制系统和滑模变结构控制系统的仿真。仿真结果证明：控制器不仅可以稳定倒立摆系统，还可以使小车定位在特定位置。 5．实现了倒立摆实物系统控制。给出了一级、二级倒立摆稳定时各状态变量的响应曲线和控制量曲线以及倒立摆稳定时的照片。