倒立摆系统的控制研究长期以来被认为是控制理论及其应用领域里引起人们极大兴趣的问题。它是检验各种新的控制理论和方法的有效性的著名实验装置。作为一个高阶、非线性不稳定系统，倒立摆的稳定控制相当困难，对该领域的学者来说是一个极具挑战性的难题。 本文在阐述了倒立摆系统控制的研究发展过程和现状之后，介绍了倒立摆系统的结构和数学模型。并详细推导了四级倒立摆的数学模型，为更高层次的控制规律的研究提供了一个途径。其次，本文主要研究倒立摆系统的各种控制方法。以MATLAB及SIMULINK为基础，作了大量的仿真研究工作，比较了各种方法的控制效果。并提出了两种新的控制方案，以降低多变量系统的维数，达到了有效控制。最后，以一台实际的倒立摆设备为对象，将原有的模拟控制器改造，设计了一个由80C196单片机及其外围电路组成的数字控制器，用以控制倒立摆系统，完成了硬件、软件的设计，并进行了调试。 整个论文的完成，以一定的理论为基础，既有数学模型的推导，方法理论的探讨，又有实际的设计过程。而且研究对象相当典型，故本课题有着重大的理论意义和实际意义。