倒立摆系统是一种典型的非线性欠驱动复杂难控系统,对倒立摆的研究可归结为对非线性多变量、欠驱动、绝对不稳定系统的研究。小车倒立摆系统的控制策略和理论的研究无论对控制理论的发展还是对实践中实时控制策略与技巧的研究都有很好的促进作用,同时,各种非线性控制理论的形成与发展,也往往以小车倒立摆系统作为实践的检验平台,以验证理论的正确性、有效性和在实时控制中的应用问题,因而,小车倒立摆系统被看成是检验各种控制理论和方法的有效试金石。本文给出了小车三级倒立摆的物理模型和数学描述,建立了它的仿真模型,探讨了该系统的运动控制特性。通过对倒立摆系统动力学特性的分析,对摆起倒立任务进行了动作设计。在基于动觉智能图式的仿人智能控制理论指导下,将摆起倒立运动动作划分为四个阶段,并建立了划分阶段的边界条件即时序规划图式。并且进行了动觉智能图式群的内部结构分析,设计了摆起倒立控制的动觉智能总图式。继而完成了摆起倒立动作四个阶段控制策略的具体设计,并通过仿真证明了该控制策略行之有效。最后针对实时控制中出现的问题,深入研究了仿真环境与实时环境的差别,发现在倒立摆物理参数、编码器精度以及驱动器模型等方面仿真与实物存在重大差异。针对以上差异建立了三级倒立摆的快速仿真模型并应用遗传算法对实物倒立摆参数进行了初步的辨识;检测了驱动器的加速度跟踪性能以便建立驱动器模型;分析了编码器精度对控制的影响作为选择合适精度的编码器的依据。