1. 研究目的与意义
倒立摆是一个复杂的快速、非线性、多变量、强耦合、自然不稳定的非最小相位系统，是重心在上、支点在下控制问题的抽象。也是进行控制理论教学及开展各种控制实验的理想实验平台，以用来检验某种控制理论或方法的典型案例。倒立摆的研究具有重要的工程背景，如机器人的站立与行走、火箭发射中的垂直度控制和卫星飞行中的姿态控制、通信卫星在轨道上的运行、侦察卫星中摄像机消除震动以及防止火箭在拐弯时断裂而诞生的柔性火箭等，因此对倒立摆控制系统的研究具有重要意义。
2. 国内外研究现状分析
国外对倒立摆的研究起步较早，早在上世纪六十年代加开始了对一级倒立摆系统的研究。1966年Schahcfer和Cannon应用Bang-Bang控制理论，将一个曲轴稳定于倒置位置。在二十世纪后期，作为一个典型的不稳定、严重非线性案例提出了倒立摆概念，并用其检验控制方法对不稳定、非线性和快速性系统的控制能力。目前有关倒立摆的研究主要集中在亚洲，如中国、日本、韩国等。此外俄罗斯、美国、意大利等也对这个领域有持续的研究近年来，虽然各种新型倒立摆不断问世，但能够自主研发并生产的厂家并不多。现在，我国的倒立摆研究在某些方面已经走在了世界前列。
3. 研究的基本内容与计划
研究内容：
（1）搭建倒立摆机械装置和控制平台。电动机a固定在支架b上，通过转轴f驱动旋转臂c旋转。过转轴d固定在旋转臂c的一端，当旋转臂c在电动机a驱动下作往复旋转运动时，带动摆杆e在垂直于旋转臂c的平面作自由旋转。
（2）控制器采用stm32，由角位移传感器测量得到摆杆旋转角度送入到控制器中，计算pid控制律并转化为电压信号提供给驱动芯片，来驱动电机转动，从而带动旋臂在水平面内旋转，最终实现控制摆杆直立的效果。
4. 研究创新点
倒立摆是一个复杂的不稳定、多变量、带有强耦合性的高阶机械系统。倒立摆系统存在这不确定性，基于STM32微控制器，通过角位移传感器和电机编码器得到系统变量，应用双闭环PID控制算法，控制步进电机调速对旋转倒立摆进行控制，实现了倒立摆在一定的角度范围内稳定倒立。
