倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、严重不稳定系统，许多抽象的控制理论概念都可以通过倒立摆实验来直观的表现出来。对这样一个复杂系统的研究，从理论上将涉及系统控制中的很多关键问题，如非线性问题、鲁棒性问题、镇定问题、随动问题以及跟踪问题等。此外，在近代机电控制系统中，如航空航天中的直升飞机、火箭发射、卫星发射，以及生活中的花样滑冰、体操、单轮骑车表演等，都存在类似倒立摆的控制问题。因此，作为一个理想的研究例证，倒立摆系统在控制系统的研究中受到普遍重视，已被公认为控制理论特别是现代控制理论的典型的研究与试验设备，它不但是最佳实验工具还是一个理想的实验平台。倒立摆的控制与应用研究无论在理论上还是应用上都有深远的意义，已受到各国许多科学家的重视。嵌入式系统是一种以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适应对功能、成本、体积、可靠性、功耗严格要求的专用计算机系统。随着计算机软硬件技术的迅速发展，嵌入式系统技术日趋成熟和完善，其可靠性高、性能强、功耗低等优点促使它在工业控制、交通管理、环境检测、数控系统等众多领域中获得了广泛的应用。　　 本文围绕作者所提出的直线一级倒立摆系统的总体设计思路和方案，详细介绍了实现该系统所采取的理论、技术和方法。　　 论文共分8章，主要内容如下：　　 第一章，绪论。介绍倒立摆的起源，倒立摆研究的目的和意义以及倒立摆研究的发展过程和现状，接着综述了嵌入式系统和嵌入式技术的发展概况。最后，提出了本论文的研究内容和拟解决的关键问题。　　 第二章，倒立摆系统总体方案设计。介绍了作者提出的倒立摆系统的总体设计方案。该倒立摆系统主要由机械、电气、计算机三大部分组成。　　 第三章，倒立摆系统机械部分设计。机械部分是整个系统的基础，本章详细介绍了构成机械部分的两大主要部分设计：小车部分和传动部分。并根据实际情况绘制了Pro/E模型图和AutoCAD加工图。　　 第四章，倒立摆数学模型的建立。详细介绍了利用牛顿定律和动力学原理建立一级倒立摆的数学模型，并对其特性进行了分析和判断，为下一章节控制器的设计打下了基础。　　 第五章，LQR控制器的设计与仿真。首先简要介绍了LQR的基本原理，再根据前章对倒立摆数学模型的特性分析，并基于LQR方法设计了一个状态反馈控制器，进行了MATLAB程序及SIMULINK仿真。　　 第六章，倒立摆控制系统硬件设计。硬件部分是整个系统最重要的部分之一，因此本章着重介绍了硬件部分各个功能模块的设计。文中对构成倒立摆控制系统的电机、编码器等主要部件进行了比较选择，确定了以交流伺服电机、增量式光电编码器和基于LPC2214为主控CPU的硬件组合，并完成了系统硬件电路设计和外围电路设计。　　 第七章，控制系统软件设计。设计了系统总体的程序流程框图，详细介绍了μC/OS-Ⅱ在LPC2214上的移植过程，并根据前章所设计的硬件部分完成了下位机软件的设计和上位机软件的编写。　　 第八章，总结与展望。对本论文进行了总结，对下一步要进行的工作提出了自己的设想。整个论文的完成，以一定的理论为基础，既有数学模型的推导，理论方法的探讨，又有实际控制系统设计过程，而且研究对象相当典型，故本课题有着重要的理论意义和实际意义。