倒立摆是一个不稳定的系统,需要外界不断的进行输入才‘能保持稳定,它具有快速响应、高阶次、多变量、非线性、开环不稳定的特点。对倒立摆控制系统的研究可以反映控制理论中的很多问题,如镇定性,稳定性、能控性、能观性等,同时许多新的控制理论可以用倒立摆系统进行验证。在实际中,倒立摆系统的控制方法有着广泛的用途,例如卫星的姿态控制、起重机的稳钩装置,机器人的行走控制等。本文通过对平面倒立摆系统的研究,建立平面倒立摆系统的数学模型和完成控制器的设计；并以虚拟仪器软件LabVIEW作为平面倒立摆系统的控制系统开发工具,结合固高GPIP-2002平面倒立摆系统硬件平台,实现了平而倒立摆的控制。本文的主要研究内容包括：1.通过网络、图书馆、数据库等方式查阅相关资料,了解倒立摆系统的研究现状和意义,确定以平面倒立摆系统作为主要的研究对象。并通过分析验证,运用LabVIEW作为控制系统的软件平台是可行的。2.对平面倒立摆系统的模型进行分析,运用拉格朗日方程建立了平面一级、二级倒立摆系统的一般性数学模型,并在平衡点对方程进行线性化的处理,得到了x和Y方向上解耦的、线性化的状态方程。3.对固高平面倒立摆系统进行稳定性、能观性、能控性的结构性能分析,设计了平面一级和二级倒立摆系统的线性二次最优控制器,并进行大量的仿真实验,确定了加权矩阵Q和R。4.对非NI公司的运动控制卡在LabVIEW的使用做了介绍,并设计了固高公司GT400-SV-PCI运动控制卡在LabVIEW环境下的驱动函数库,运用该驱动函数库实现XY数控平台的控制,验证了该驱动函数库的正确性。5.通过SolidWorks建立平面倒立摆系统的三维模型,然后通过三维图片工具包导入到LabVIEW中,用控制设计与仿真工具包设计倒立摆系统的仿真,把仿真的输出与倒立摆系统的三维模型连接起来,实现了平面倒立摆系统的三维仿真。6.通过调用GT400-SV-PCI运动控制卡在LabVIEW环境下的驱动函数库,设计了平面一级倒立摆系统X方向、Y方向和XY方向同时控制的系统,并在固高平面倒立摆系统上实现了倒立摆控制,验证了平而倒立摆系统模型、LQR控制器的正确性。