倒立摆系统是一个高度复杂的非线性系统，其特性包含开环不稳定性、耦合性以不确定性等。倒立摆的控制研究最早起始于二十世纪50年代，MIT控制领域的专家通过火箭飞行推进器的原理研制出第一台单级倒立摆实验装置。随着控制领域研究的不断深入，新的控制方法也随之出现。倒立摆系统模型为自动化控制理论在教育教学、应用实践以及科学研究等方面提供了很好的科研平台，促进了控制理论的发展，同时也在一般工业中呈现出良好的发展应用前景。本论文通过对环形一级倒立摆以及环形二级倒立摆稳摆控制器部分的分析和研究，实现了各系统教学模型的稳定控制；而且通过运用系统能量控制方法，设计和研究了环形倒立摆基于能量控制理论的自动摆起控制器，完成了对环形倒立摆系统的摆杆自动摆起过程的控制，并取得良好的实验效果。本文还实现了对倒立摆系统的实验仿真模型的起摆与稳摆控制，证明了本论文所设计和研究的稳摆控制器与起摆控制器都拥有良好的控制效果。本文的主要研究工作是：首先，对环形一级倒立摆与环形二级倒立摆的系统特性作了详细的分析和研究，并通过理论分析，构建了各系统相应的数学仿真模型；通过对倒立摆的性能分析，证明了环形一级与环形二级倒立摆系统模型都具有开环不稳定性。此外，通过对各个系统模型相对可控性的对比和研究，得出了二级倒立摆系统比一级倒立摆系统更加难以控制的研究结果。其次，完成了对环形一级倒立摆与环形二级倒立摆在平衡点的稳定性控制方面的研究，其中有极点配置法、LQR控制法和模糊控制法三种，并成功实现了对实物倒立摆仿真模型的稳定性控制，取得了良好的控制效果。本文还把环形倒立摆系统的三种控制方法分别在MATLAB的Simulink中进行了实验仿真，根据仿真结果的对比分析了三种控制方法的控制效果以及各控制方法的优缺点。最后，本文完成了对环形倒立摆系统的起摆控制方面的研究和设计，完成了环形一级倒立摆起摆控制程序的设计，并在MATLAB中结合LQR稳摆控制进行了环形倒立摆实物起摆控制实验。通过实验结果的对比和验证，成功的实现了环形单级倒立摆系统的自动摆起过程的实验控制。实验结果充分证明了本文所设计的起摆控制程序具有良好的起摆控制效果，同时也具备良好的稳定性和有效性。