倒立擺控制系統(tǒng)是一個多變量、高階次、強耦合非線性的自然不穩(wěn)定系統(tǒng)，是檢驗各種控制理論的 理 想 模 型，一直是控制理論界關(guān)注的焦點［1］。倒立擺控制系統(tǒng)能較好地體現(xiàn)出系統(tǒng)穩(wěn)定性、可控性和抗干擾能力，因此它的控制方法在工業(yè)控制、軍工、航天、機器人等領(lǐng)域都獲得了廣泛應用。如何利用較低成本和較低功耗實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的倒立擺，成為當前的一大挑戰(zhàn)。

　　1 倒立擺的研究擺是一種懸掛于定點、在重力作用下往復運動的機械裝置。擺可以分為兩大類，順擺和倒立擺。順擺的支點在上方，重心在下方，例如鐘擺、吊車、雜技中的頂傘、旋轉(zhuǎn)的芭蕾舞演員等都屬于順擺的情況。倒立擺與順擺相反，支點在下方，重心在上方［2］。倒立擺系統(tǒng)是一種恒不穩(wěn)定的非線性系統(tǒng)，控制比較復雜，應用非常廣泛，例如火箭在空中的姿態(tài)調(diào)整、衛(wèi)星在太空中的飛行姿態(tài)控制、智能平衡小車，以及機器人等各類復雜的控制系統(tǒng)，往往都是利用倒立擺的控制方法來實現(xiàn)［3］?？梢哉f，倒立擺已經(jīng)成為測試控制理論是否有效的試金石，也是產(chǎn)生新的控制方法的基礎(chǔ)平臺。倒立擺可以從級數(shù)、架構(gòu)兩方面進行劃分。首先，從支點和擺的數(shù)量來看，可以劃分為一級、二級、三級等倒立擺［4］。其次，從架構(gòu)來看，可以劃分為直線、環(huán)形和平面等類型。環(huán)形倒立擺也稱為旋轉(zhuǎn)型倒立擺，其擺體組件安裝在可以自由運動的圓周運動模塊上，控制難度更大。