倒立擺控制系統（InvertedPendulumSystem簡稱IPS）是一個復雜的、不穩定的、非線性系統，是進行控制理論教學及開展各種控制實驗的理想實驗平臺。對倒立擺系統的研究能有效的反映控制中的許多典型問題：如非線性問題、魯棒性問題、鎮定問題、隨動問題以及跟蹤問題等。通過對倒立擺的控制，用來檢驗新的控制方法是否有較強的處理非線性和不穩定性問題的能力。同時，其控制方法在軍工、航天、機器人和一般工業過程領域中都有著廣泛的用途，如機器人行走過程中的平衡控制、火箭發射中的垂直度控制和衛星飛行中的姿態控制等。

　　倒立擺的含義

　　倒立擺的本質是以一個支點支撐起一個物體的狀態，這個狀態通常是不穩定的。

　　倒立擺是個物理設備，它包括一個圓柱體的棒子（通常是鋁的）可以在一個支點周圍振蕩。這個支點是安在一個車架上，它的轉動方向是水平的偏轉。小車是由一個馬達控制的，它可以運用于一個變力。棒子會有自然的趨勢從最高的豎直位置下落，那是一個不穩定的平衡位置。

一級倒立擺結構簡圖

　　倒立擺控制系統分類

　　倒立擺系統按擺桿數量的不同，可分為一級，二級，三級倒立擺等，多級擺的擺桿之間屬于自由連接（即無電動機或其他驅動設備）。

　　分類標準可以形象的表示為當一個人用手托起一個竹竿使他不倒，類似這種系統就是一個一級倒立擺系統，通過對竹竿的底端的移動讓竹竿的重心維持在它的正下方附近擺動，形成一個動態的平衡，使竹竿不會倒下來，如果在這個竹竿上面再頂一個竹竿，使兩個竹竿都立在手上不倒（其中一個頂在另一個的上面），這樣的系統就叫二級倒立擺系統，倒立擺級別越高，疊起來的竹竿就越多也越難以控制。

二級倒立擺結構簡圖

　　倒立擺的作用

　　實時倒立擺通常被作為一個基準，去測試軟件在狀態空間控制器運算法則下的有效性和性能，也就是實用的操作系統。事實上運算法則是通過數值點實現的該數值點看作一組互助的協同操作的任務，它是周期性的通過核心的活動，它執行不同的計算。這些任務如何活動的方法（舉例來說激活命令）被稱作任務的時序安排。很明顯每個任務的時序安排對控制器的一個好的性能是至關緊要的，因此對一個擺的穩定性是有效的。如此倒立擺在決定是否一個特殊的時序安排的選擇比另一個好，在哪個情形下，在什么程度內等問題上是非常有用的。

　　研究倒立擺系統具有的挑戰意義不僅僅是由于級數的增加而產生的控制難度，并且由于他的本身所具有的復雜性、不穩定性以及非線性的特點進而不斷研究拓展的新的理論方法，以應用到新的控制對象中，提供更好的實驗理論和實驗平臺。對于機器人的直立行走，航天飛行器的飛行平穩控制都具有非常大的意義，不斷進行理論與工業的實踐結合，推動科學技術的發展，更加廣泛的應用到經濟活動中。這對于航空航天技術的進步具有非常大的理論意義和實際意義，具有非常廣闊的研究前景。