旋转倒立摆作为欠驱动、强耦合和不稳定的非线性系统,始终被视为研究控制理论的理想平台之一。所谓的自抗扰控制（ADRC）是一种可靠且有效的控制方法,其研究对于复杂,非线性,大时滞等系统有很大参考价值和指导借鉴作用,国内外对自抗扰控制技术的研究方兴未艾。本文首先介绍了倒立摆系统的研究背景和意义、国内外研究动态以及自抗扰控制技术的国内外研究现状。利用MATLAB的S函数与Sim Mechanics功能建立了旋转倒立摆动力学模型,就其控制问题进行了仿真研究。通过Lagrange方程对旋转倒立摆动力学特性进行了较深入的分析,获得了旋转倒立摆动力学的数学模型,并以此建立了S函数模型。此外,通过Sim Mechanics建立了旋转倒立摆的物理仿真模型。在两种模型基础上,利用PID算法设计了控制器,实现了倒立摆的平衡控制。两种不同建立方式所得到的仿真模型的输出曲线比较一致,通过相互验证,证明了仿真模型的正确性。其次,基于自抗扰控制的技术原理,分析了自抗扰控制器各部分的构成、作用及其性能。详细分析了自抗扰控制各部分结构的参数选取及性能评价,重点扩张观测器以及线性扩张观测器的构造及稳定性进行了对比。此外,利用线性自抗扰控制（LADRC）算法设计了控制器,在MATLAB环境下实现了倒立摆系统的平衡控制仿真。再次,在此基础上,构建了基于STM32单片机的实验系统,给出了系统的核心结构部分,即旋臂、摆杆、直流电机、系统硬件电路及软件。控制器的主芯片选用STM32F103C8T6,根据接收的角位移传感器信号计算控制律,并通过TIM3模块产生PWM输出,控制和驱动电机。最后,分别采用PID算法和线性自抗扰控制算法在C语言的环境下编写了控制程序,进行了控制实验。通过对比实验结果发现,自抗扰控制算法有较好的快速性且超调量较低,而且稳定运行和抗扰效果都较好,对倒立摆机器人的运动平衡控制效果良好。实验同时进一步验证了前面所建仿真模型的正确性。