倒立摆系统是一种多变量,非线性,强耦合和快速运动的自然不稳定系统。通常用来检验控制方法对非线性和快速变化系统的控制能力,是控制理论研究中较为理想的实验装置。在研究双足机器人直立行走,火箭发射过程的姿态调整和直升机飞行控制领域中有重要的理论和现实意义。本文以倒立摆系统为研究对象,介绍了倒立摆系统的各种控制方法,包括现代控制理论方法,预测控制和变结构控制方法以及智能控制方法,对智能控制中的几种常见方法如模糊控制,神经网络控制,拟人智能控制和仿人智能控制进行了较为详细的介绍。采用分析力学中的Lagrange方程推导了倒立摆系统的数学模型,与采用牛顿力学定律方法相比,大大简化了建模的复杂性,并分别对一二级倒立摆系统在平衡点附近进行了可控性分析。以一级倒立摆为基础,研究了经典控制方法在倒立摆系统中的应用,包括根轨迹校正分析,PID控制器和系统频率响应分析与系统校正等。并在SIMULINK仿真平台上对这些控制算法的效果进行仿真。根据倒立摆系统的特点和输入变量之间存在的内在联系,利用模糊逻辑系统构造模糊组合变量,提出一种基于模糊组合变量的加权控制方法实现对二级倒立摆的稳定控制。并给出仿真结果,分析了量化因子等对模糊控制器的影响。最后介绍了固高倒立摆系统,简要介绍了系统的各个组成部分,采用LQR控制器进行了二级倒立摆系统的仿真和实物控制实验,并对实验结果进行了对比分析。