本课题的主要目的：一是，利用线性二次型最优控制理论设计二级、三级倒立摆的最优控制器。二是，通过Simulink仿真，研究二级、三级倒立摆系统的稳定控制；三是，在实验室现有的倒立摆实物系统基础上，进行二级、三级倒立摆的控制实验。 本论文是基于目前实验室现有一套倒立摆控制系统，首先利用分析力学中的Lagrange方程建立了二级、三级倒立摆的数学模型。然后利用线性二次型最优控制理论设计了二级倒立摆的控制器，在Simulink中进行了系统的仿真，并对仿真结果进行了分析与研究。接着，又利用线性二次型最优控制理论设计了三级倒立摆的控制器，并在Simulink中对三级倒立摆进行了系统仿真，研究了三级倒立摆系统的结构参数与其控制性能的之间的关系。最后，在实验室现有的倒立摆系统中分别进行了二级、三级倒立摆的控制实验，并对实验结果进行了分析与研究。 本毕业课题主要有下面收获：一是，利用线性二次型最优控制方法成功实现了二级倒立摆的稳定控制；二是，从工程实践角度，提出了一种选择LQR加权矩阵的一种经验方法。三是，提出了一些从机械结构上及硬件电路上改进三级倒立摆控制性能的方法。