倒立摆是一个非线性自然不稳定的系统,它能直观反映出很多典型的系统概念,如稳定性、可控性、系统收敛速度和系统抗干扰能力等。因倒立摆系统具有高阶次、不稳定、非线性等特性,因此,研究倒立摆能反映控制中的很多问题,有很重要的理论和实际意义。理论上,很多研究人员将新的控制理论应用倒立摆系统进行验证,在研究倒立摆的同时他们又能发掘出新的控制方法。应用上,倒立摆在航空航天,机器人学等领域都有重要的应用。另外,倒立摆还具有结构简单,造价低廉,反映效果直观等优点。LabVIEW是一种强大的图形化编程软件,与传统的编程软件相比,开发效率更高,对硬件的支持性更好,是目前测控领域应用最广泛和最有前途的软件之一。本文应用NI公司的LabVIEW 2009控制设计工具包作为软件开发工具,实现了直线一级倒立摆控制系统。主要工作和研究成果如下：1、首先,对倒立摆的国内外研究现状及其研究意义进行了简要介绍。对小车进行牛顿力学分析,建立了直线一级倒立摆的数学模型,在非线性平衡点附近进行线性化,并由此推出了系统的状态方程。基于线性化模型对系统进行定性分析,结果表明倒立摆是不稳定、能控、能观的系统。最后应用LabVIEW软件实现了整个过程。2、利用LabVIEW进行了一级倒立摆的LQR控制器的设计和仿真。比较分析了PID控制和最优控制策略,最终应用线性二次型最优控制方法来实现稳摆控制并进行了稳定控制仿真。进行了倒立摆系统的LQR控制器方法研究,运用最优控制理论,探讨了加权矩阵Q和R的选取方法。仿真结果表明在选择好合适的输入量以及Q和R的情况下,得到的LQR控制器其参数有很好的控制性能。3、利用LabVIEW进行了一级倒立摆的PV控制器的设计和仿真。采用PV控制方法设计倒立摆的位置控制器,此控制方法具有简单且安全可靠等优点。在实现起摆的同时,可限制车体位移在规定的范围内,且车体速度不会太大,从而平稳地实现了两种控制方法的切换。4、设计出了模式切换器,使小车能够自动从自起摆模式切换到摆倒立稳定模式,应用LabVIEW软件对倒立摆系统进行仿真,最后将该编程方法应用到Simulink中实现了一级倒立摆系统的实时控制。