倒立摆系统是一个典型的非线性、强耦合、高阶次、不确定和快速运动的自然不稳定系统,其控制目标是实现倒立摆各摆杆之间的稳定平衡,并且在不确定扰动下倒立摆系统能够快速的恢复稳定平衡状态。它是研究和验证各种控制策略的一种非常典型的实验平台,因而对它的研究具有重要的工程背景和实际意义。因此,本文对环形一级、二级倒立摆控制系进行的设计,同时进行了环形一级、二级倒立摆的控制试验。主要完成以下工作:首先,分析环形一级、二级倒立摆系统模型,利用Lagrange方法建立系统的数学模型,并对系统的能控性、能观性和相对能控性进行分析,验证系统的自然不稳定性。其次,主要围绕环形一级、二级倒立摆系统,进行了LQR控制方法的研究。在MATLAB环境中进行仿真实验,完成了对模型的稳定控制,得到了良好的控制效果。此外,利用遗传算法对LQR中参数寻优,得到最优控制参数。在此基础上,搭建环形一级、二级倒立摆实时控制模块,在实物上进行验证,证明算法的正确性及可实现性。最后,本文使用超螺旋滑模控制方法对环形一级倒立摆进行仿真实验,选择滑模面并设计滑模面参数,同时对控制器进行改进,实现了模型的稳定控制。此外,利用遗传算法对参数进行寻优,得到最优仿真的参数,可以有效地减小滑模控制中产生的抖震及其他问题。在此基础上,搭建基于滑模控制算法的实时控制模块,实现在环形一级倒立摆实物的控制。