两轮不稳定小车作为一种本质不稳定轮式移动机器人,具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特性,加上运动学方程中的非完整性约束,使传统控制理论的应用遇到极大困难,因此研究两轮不稳定小车就有十分重要的意义。本文首先介绍了国内外两轮移动机器人的发展现状,基于此现状提出了我们的两轮不稳定小车的软硬件设计方案,并完成了硬件平台的子系统实验。其次进行了系统的运动学和动力学建模,得出系统的非线性状态方程和线性状态方程。然后基于此模型的线性状态方程进行了系统能控性能观性、稳定性和奇异值分析,并设计了极点配置控制器和三种变结构控制器:等速趋近律设计的控制器、指数趋近律设计的控制器、准滑动模态设计的控制器。最后借助MATLAB仿真,在有外扰和参数摄动情况下,通过线性状态方程下的极点配置控制器和三种变结构控制器的比较,证实了变结构控制器设计的有效性和合理性。