本质不稳定两轮小车是一种特殊轮式移动机器人,其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定性等特性,是研究各种控制方法的一个理想平台。其体积小、结构简单、运动灵活,适于在狭小和危险的空间内工作,在民用和军事上有着广泛的应用前景；本课题旨在研制一种两轮自平衡小车。该系统是一种两轮左右平行布置的,像传统的倒立摆一样,本身是一个自然不稳定体,必须施加强有力的控制手段才能使之稳定。其工作原理是系统以姿态传感器(陀螺仪、加速度计)来监测车身所处的俯仰状态和状态变化率,通过高速中央处理器计算出适当数据和指令后,驱动电动机产生前进或后退的加速度来达到车体前后平衡的效果。本文在总结和归纳国内外两轮自平衡小车的研究现状后,在缺少所需的成形的实验对象的情况下,选用适当的控制器、执行电机和传感器,设计出两轮自平衡小车的驱动电路,实现了两轮小车的硬件控制系统。陀螺仪存在漂移的问题及加速度计的动态响应慢,对于系统的姿态检测而言,单独使用陀螺仪或者加速度计,都不能提供有效和可靠的信息来反映车体的实时状态。本文对传感器两者所采集的数据进行了优化处理,补偿陀螺仪的漂移误差和加速度计的动态误差,得到一个更优的倾角近似值。由于实际的小车本体未加工完成,不能在此基础上进行其控制算法的研究。为了提前研究其控制策略同时缩短设计周期,本文选用LEGO机器人为试验平台,搭建所需的小车模型,利用牛顿运动定律对该系统进行数学建模,并对其线性化处理,得到相应的状态方程。在此基础之上详细介绍了两种不同的控制策略,即PID技术和极点配置技术,并通过实验来验证了极点配置方法对该系统有更好的控制效果。