Vou dar uma pesquisada também na idéia do motor de passo e do encoder 
Considere o seguinte, tanto o motor de passo (usado como sensor) como o encoder incremental são sensores angulares de movimento relativo, ou de deslocamentos, em relação a uma posição inicial, que voce não sabe a priori.
Os sensores incrementais são do mesmo tipo usado em impressoras, e do mesmo modo, ao inciar o sistema de controle do pêndulo, seria necessário calibrar o zero do sensor.
A menos que voce inicialize seu sistema com o pêndulo parado e sempre na vertical para baixo. Ou tivesse alguma outra estratégia de inicialização, um encoder incremental não resolveria.
Um sensor angular absoluto, como um encoder absoluto, sensor angular por efeito Hall ou um potenciômetro especial ou modificado (de volta completa), poderiam ser usados sem essa preocupação.
Nesse pêndulo rotativo, acredito que um potenciômetro multivoltas de fio também resolveria, desde que não desse muitas voltas para um lado ou para o outro.
Desculpem a ignorância... Mas..
Como o giroscópio funciona?
Eu pensei que ele tinha um eixo e baseado na rotação do eixo, se descobriria o ângulo.
Mas... em fotos eu vi que é um CI!
Onde eu poderia acoplá-lo no pêndulo?
E como ele faz a medição?
A rigor, um giroscópio é um dispositivo que está sempre orientado num ângulo absoluto (paralelo ao eixo de rotação da Terra) e pode determinar angulos a partir dessa referência. É usado em navios, em sistemas de navegação e piloto automático, quando se quer uma orientação de Norte verdadeiro, diferentemente do Norte Magnético, que inclusive varia um pouco.
O giroscópio funciona baseado na conservação do momento angular de uma peça que fica girando ou oscilando em torno de um eixo. Ao tentar mudar o ângulo desse eixo, movendo a peça, surge uma reação ou uma deformação, que pode ser medida, fornecendo o deslocamento angular que ocorreu.
O que está sendo sugerido é um giroscópio de taxa de giro, que mede não exatamente o ângulo absoluto, mas a variação do ângulo atual, a partir do repouso. No seu caso, esse giroscópio ajudaria no controle, numa estratégia de controle do tipo antecipativa. Mas deverá ser associada a uma estratégia de realimentação (do tipo feed-back), baseada na posição angular. De uma olhada na literatura de controle sobre esse assunto...
Defendo o uso de um sensor angular sozinho ou associado ao giroscópio de taxa de giro. Pois, tanto o giroscópio de taxa de giro quanto o acelerômetro não resolvem sozinhos o problema de conseguir controlar a posição absoluta do pêndulo.
Para montar o giroscópio no pêndulo é só observar que o seu eixo de medição seja paralelo ao eixo de rotação / oscilação do pêndulo. Acredito que deveria montá-lo bem próximo ao eixo do pêndulo, facilita montagem e também para não submetê-lo a grandes acelerações, o que poderia levar a erros de medição. Há outras dificuldades, como: passar fios de alimentação, sinal, ....
Dê uma olhada em giroscópicos de helicópteros radicocontrolados.
