倒立摆系统是一个典型的多变量、非线性、强藕合和快速运动的自然不稳定系统。在倒立摆的控制过程中,它能有效地反映诸如可镇定性、鲁棒性、随动性以及跟踪等许多控制中的关键问题,同时也是检验各种控制理论的理想模型。倒立摆的控制过程与双足机器人直立行走、火箭发射过程的姿态调整和直升机行控制等有很多相似之处。基于现实的应用性,对倒立摆系统的研究具有很强的理论意义和工程意义。
一级倒立源于火箭发射的助推器,二级倒立摆则与机器人的控制有关,而三级倒立摆在多级火箭飞行姿态的控制、导弹拦截控制系统和航空器对接控制技术上有广阔的开发利用前景。到目前为止,对一级和二级倒立摆系统控制的研究已比较成熟,用各种不同的方法实现了对一级、二级倒立摆的系统仿真和实物控制,取得了非常满意的效果。而三级倒立摆尽管是由一级和二级推广而来的,但其控制难度和复杂性却是相当惊人。