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两轮自平衡车的精确轨迹跟踪技术是实现其自主运动控制的基础。为此,采用拉格朗日法建立两轮自平衡车的动力学模型,并据此提出基于非奇异终端滑模(NTSM)和线性二次型调节器(LQR)的两轮自平衡车轨迹跟踪控制器。之后,在Matlab/Simulink环境下,对所设计的轨迹跟踪控制器进行性能仿真,结果表明,两轮自平衡车能够精确跟踪所给定的参考轨迹,初步证明了所提出轨迹跟踪控制器的有效性。在此基础上,使用STM32F103C8T6单片机,并结合惯性测量组件(IMU)和超宽带(UWB)定位技术对所设计的轨迹跟踪控制器进行硬件实现,实验结果表明,两轮自平衡车能够对给定的参考轨迹进行良好跟踪,横坐标偏差小于0.2m,纵坐标偏差小于0.2 m,转向角偏差小于0.07 rad,车身倾角除了初始时的波动外均小于0.05 rad。