倒立摆系统是一个非线性、强耦合、多变量、高阶和不稳定系统,主要用于进行控制理论的教学和实验,相较于其他实验平台,操作更简单,效果直观。针对倒立摆控制过程中遇到的非线性、耦合性、不确定性、镇定和跟踪等问题,通过起摆控制、稳摆控制和轨迹跟踪控制这三个方面,来测试控制算法是否具有较强的抗干扰和处理非线性问题的能力。本文主要针对旋转倒立摆系统遇到的扰动问题,进行基于观测器的稳摆控制研究,其主要内容包括:首先,对旋转倒立摆系统进行运动分析,建立动力学模型,再利用拉格朗日方法对其进行数学建模。通过考虑系统内部的不确定因素和外部扰动,建立其非线性模型,并分析系统的能控性。其次,利用滑模控制器能有效缓解系统抖振现象和扰动观测器能直接估计系统中出现的扰动等特性,设计出一种将扰动观测器（Disturbance Observer,DOB）和滑模控制（Sliding-mode Control,SMC）相结合的控制方法。仿真结果表明,该方法对系统的抗干扰能力和稳定性有明显加强;随后用Quanser公司的QUBE-Servo2平台对上述方法进行了实验,进一步验证了该系统的稳定性和抗干扰能力。然后,提出了基于扩张状态观测器（Extend State Observer,ESO）的滑模控制方法,ESO用于观测系统中的不确定项和外部扰动;将观测器输出的值补偿到控制律中,从而提高系统的稳定性能,滑模控制器的设计解决了系统中出现的抖振问题。仿真结果表明了该方法有效。最后,为了提高旋转倒立摆控制精度及抗干扰性能,将DOB与ESO相结合,提出了基于双观测器的滑模控制方法。在前两章内容的基础上,对DOB和ESO进行了改进,设计出含双观测器输出值的滑模控制律。通过抗干扰测试,验证了该方法的有效性。