本文以磁悬浮球和一级倒立摆两个典型的非最小相位系统为研究对象,对只有一个不稳定极点的非最小相位系统采用混合灵敏度设计,对同时具有不稳定零、极点的非最小相位系统采用复合控制,并分别在磁悬浮球系统和一级倒立摆系统中实现。首先,分别建立磁悬浮球系统和一级倒立摆系统的数学模型,并将非线性模型线性化,分别分析系统的能控性以及系统中包含的不确定性因素。其次,研究了灵敏度设计中的鲁棒性、加权函数选择原则、优化指标等问题,针对只有不稳定极点的磁悬浮球系统,先运用PV控制将其稳定,测试系统对象特性,得到名义对象和不确定性界后再运用混合灵敏度设计,通过转化成H_∞标准问题求解控制器。然后,针对同时具有不稳定零、极点的非最小相位系统,研究输出反馈鲁棒性设计的极限,并采用复合控制方案,以倒立摆系统为例,先用经典控制稳定摆角回路,再对位置回路进行H_∞输出反馈控制设计。最后,将设计得到的磁悬浮球控制器和倒立摆控制器分别进行仿真和实验研究,验证系统设计的动态性能和抗干扰能力。