从二十世纪五十年代起，作为非线性系统的一个典型的模型，倒立摆系统被全世界绝大多数自动控制实验室选取作为检验各种控制策略和算法的经典试验装置。本文将对一个典型非线性系统，即小车倒立摆系统进行研究。倒立摆的典型性在于:作为被控对象，它是一个多阶次、不稳定、多变量、非线性、强耦合的复杂被控系统，可以有效地反映出控制中的许多问题;作为实验装置，它本身具有成本低廉、结构简单、便于模拟、形象直观的特点;作为检测模型，该系统的特点与起重机稳钩装置、飞行器助推器、机器人双足行走系统等的控制有很大的相似性。因而对倒立摆的研究具有重要的工程背景和实际意义。该系统包括两个典型状态，竖直向上的不稳定平衡位置和竖直向下的稳定平衡状态。　　本研究重点放在该非线性倒立摆系统的控制算法研究和实时控制上。将对非线性小车倒立摆系统适用的各种经典控制算法进行对比研究，分别对应起摆控制、稳摆控制以及起重机控制各种情况。进而通过对各种控制算法的对比评价，形成一种更好的综合控制解决方案。控制算法的仿真研究和控制器模型搭建在MATLAB/SIMULINK环境下进行。之后利用MATLAB/SIMULINK的实时控制工具箱(REAL-TIME TOOL BOX)和由英国FEEDBACK公司生产的小车倒立摆系统机械系统进行控制器控制效果验证。实验结果表明，该倒立摆综合控制系统具有噪声低、速度快、精度高等优点，能够实现了倒立摆系统不同运行状态的综合控制。