倒立摆作为一个多变量、强耦合、非线性、不稳定的典型系统，是控制领域的典型实验装置，也是验证各种控制算法的理想模型；控制系统的许多性能指标，如系统的稳定性、可控性、可观性、鲁棒性和系统的抗干扰能力等，都能通过对倒立摆的控制研宄直观的表现出来。它不仅具有很强的理论研究意义，还具有深远的工程实践意义。在生活及工业中所见到的重心在上、支点在下的控制问题，都和倒立摆的控制研究有着很大的相关性。由倒立摆稳定控制产生的科研成果在实际控制系统中得到推广，如两轮自平衡车、双足机器人直立行走、火箭发射过程的姿态调整等等。　　本论文主要研究工作如下：　　第一部分阐述了倒立摆系统的研宄意义、发展历史，并总结了倒立摆系统控制方法的国内外研究现状。　　第二部分使用拉格朗日方程分别建立了直线二级倒立摆和旋转单级倒立摆的模型，对该非线性模型在平衡点附近进行了线性化处理，并在平衡点附近分析了倒立摆系统的特性。　　第三部分根据直线二级倒立摆模型研究了滑模变结构控制和模糊滑模变结构控制算法，并利用改进QPSO算法对模糊滑模变结构控制算法进行了控制参数的优化。在MATLAB下的仿真结果证明了优化后系统的性能指标更优；根据旋转单级倒立摆模型首先设计了双PD控制器，其次设计了基于比例切换的滑模变结构控制算法，同样利用改进QPSO算法对控制器参数进行优化，在MATALB中仿真验证了算法的有效性。　　第四部分利用上述控制方法，在MATLAB/Simulink实时环境中编写控制程序，上位机通过运动控制器获取当前系统状态信息并更新控制律，实现对倒立摆的实时实物控制，验证了设计的控制器的合理性，并且指出了研究中存在的不足，为后续工作的开展奠定了基础。