随着模糊控制理论日益完善，模糊控制器逐渐受到科学家们的青睐。基于模糊控制规则的控制方式使它不需要考虑被控对象精确的数学模型和复杂性，可以解决许多常规控制方法难以处理的问题，同时模糊控制性能优越，实现起来较为方便。因此得到了广泛的应用。倒立摆系统是一个典型的支点在下重心在上的模型，它具有多个状态变量，其强耦合、非线性和自然不稳定的特性是研究的重点。同时它丰富和复杂的动力学行为，可以有效的表现出控制过程中的镇定问题、鲁棒性问题等。通过这样一个系统，可以有效的检验各种控制理论和控制算法的有效性，其研究结果对实际的控制系统具有指导意义。本文的目的是研究设计性能优越的模糊控制器，并应用到实际的控制系统中。为此，以单级倒立摆为研究对象，采用牛顿力学法建立其数学模型，利用SimMechanics工具箱建立其动力学模型。随后设计了单一输入规则群(SIRMs)动态加权模糊控制器，成功的控制了单级倒立摆系统。最后，应用该模糊控制器对两轮自平衡小车进行运动控制，取得了良好的控制效果。论文第一章，简要论述了模糊控制的起源和研究概况，解释了模糊控制的原理。第二章，建立了单级倒立摆的数学模型，分析其稳定性、可控性、可观性。使用SimMechanics工具箱，建立单级倒立摆的动力学模型，并验证了该模型的有效性。第三章，根据单级倒立摆系统多状态变量的特点，研究并设计了串、并联模糊控制器，在倒立摆实时控制实验平台上进行实时控制实验，获得了良好的控制结果。第四章，进一步研究并设计了SIRMs动态加权模糊控制器，仿真和实时控制试验表明基于SIRMs动态加权的模糊控制器可以有效地抑制系统的输入干扰，具有良好的动态性能和静态性能以及较强的鲁棒性。最后，为了验证文章中提出的模糊控制算法的实用性，将该算法应用在两轮自平衡小车的控制中，实际控制效果表明，该算法可以成功的控制两轮自平衡小车的运动，且跟踪速度快。