본 연구에서는 안정적인 하나의 균형점과 불안정한 세 개의 균형점을 갖는 2단 도립진자 시스템의 천이 제어 문제를 정의하고 실험적으로 구현한다. 기존 스윙업 문제를 확장하여 앞먹임 제어와 되먹임 제어를 결합시킨 2-자유도 제어 방식을 이용한다. 앞먹임 궤적은 도립진자의 동역학 방정식과 두 점 경계값 문제, 상태 제약조건, 입력 제약조건을 모두 포함하는 최적 제어 문제로 구성한다. 구성된 최적 제어 문제의 비용으로 에너지를 활용해 생성하며, 연속시간 최적 제어 제약조건을 가진 비선형 최적화 문제로 변환하기 위해 direct collocation 방법을 채택하여 offline으로 앞먹임 궤적을 얻는다. 실시간으로 앞먹임 궤적을 추종하게끔 시변 LQ로 되먹임 제어를 구성하여 불확실성을 보상한다. 본 연구에는 연구실에서 제작하여 모델 정합성이 우수한 2단 도립진자를 이용하며, 도립진자의 입/출력 제어기로 LW-RCP02(Light-Weight Rapid Control Prototyping 02)를 활용하여 MATLAB&Simulink에서 구성한 제어 알고리즘을 이용해 high-level 사고를 기반으로 천이 제어를 구현한다. 최종적으로, 실제 실험을 통해 2단 도립진자에서 구현 가능한 12가지의 천이 과정을 실험적으로 증명한다.