本论文主要内容是:建立了空间二级倒立摆的物理模型,利用线性化方法对其在平衡点附近进行线性化处理,分别应用变论域自适应模糊控制理论,极点配置的PID控制方法和线性二次型最优化方法对其进行控制器设计,完成了空间二级倒立摆控制的仿真和各种算法的控制效果比较。　　 1.建立了空间二级倒立摆的物理模型。首先对空间二级倒立摆进行了结构描述,建立坐标轴并设定了记号标记,然后对摆杆及万向节进行受力分析,求出了空间二级倒立摆的总动能和总势能的表达式,并由此推导出该系统的Lagrange函数和Lagrange方程,通过方程求解得到了空间二级倒立摆物理模型的方程组形式。　　 2.基于空间二级倒立摆的物理模型,给出了空间二级倒立摆在平衡x=0附近的整体线性化模型,进而求得其线性状态方程组。证明了空间二级倒立摆在平衡点x=0附近是完全可控且可观测的。通过Simulink设计系统的输入子系统和积分子系统,完成空间二级倒立摆系统模型的仿真。　　 3.应用变论域自适应模糊控制理论,通过模糊推理规则和变论域伸缩因子设计模糊控制器；通过极点配置的方法,设计PID控制器的参数；应用线性二次型最优控制方法计算其状态反馈矩阵,实现控制器的设计。各种算法均能使空间二级倒立摆移动到指定位置并保证倒立摆直立不倒。比较各种控制算法下的倒立摆系统的稳定性和鲁棒性,对初始角度的容许度,以及倒立摆的其他性能指标。