倒立摆系统具有非线性、多变量、不稳定的特性,只有采用必要的有效控制措施才能够使系统保持稳定。它作为控制领域内的一个理想而又实用的实验平台,能够使那些抽象的控制理论更加形象具体化等。因此,对于倒立摆系统的相关研究,在以后的实践操作中和科学研究中都能够起到深刻地指导作用。本文将环形倒立摆系统作为实验的被控对象,采用加权的频域最小二乘法建立等比例阶次分数阶模型,然后对分数阶PID控制器优化设计,而且能够使所建立的分数阶倒立摆模型达到稳定控制,主要内容如下:首先根据倒立摆系统具有的特性,得知依靠传统的整数阶模型很难精确的描述,而分数阶系统模型比整数阶系统更加贴近于真实系统,描述也更加准确。然后本文针对于环形倒立摆系统引入分数阶微积分的建模方法,基于频域特性分数阶最小二乘法建立等比例阶次分数阶模型,并验证其正确性。然后针对我们建立的环形倒立摆分数阶模型,接着再对其进行控制器优化设计。在控制器设计这一部分,我们采用的是在传统的整数阶PID控制器基础上又多了两个可调参数的的分数阶PID控制器,同时又由于它的参数增加且参数难以选择的问题,在这里主要采用Signal Constraint优化模块来进行参数优化选择,最后通过对整数阶和分数阶PID的控制效果分析比较,最终得到以下结果:分数阶PID控制器能够成功的实现对实物环形倒立摆仿真模型的稳定性控制,而且相对于整数阶PID控制器能够取得了更加良好的控制效果。