本文研究对象是本质不稳定的两轮自平衡机器人,它是一种特殊轮式移动机器人,经分析其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、时变、参数不确定性等特性。这个复杂的研究性实验装置,已成为控制理论和控制技术研究的理想实验平台。本文重点之一集中在对两轮自平衡小车的硬件和软件的研究与开发上。通过分析和借鉴国内外两轮自平衡小车的结构组成,设计了两轮自平衡小车的软硬件体系结构。安装在小车上的倾角传感器,实时监测车体的当前姿态,并将倾角信息经外围电路送给微控制器,经过软件实现的控制算法后,输出控制信号驱动电机,从而实现小车的自平衡行为。本文已经完成了小车系统的软件大体框架结构与编程,而且能与硬件相结合并使系统发生相应的控制动作,为下一步控制算法的实现打下了基础。本文的另一重点是对两轮自平衡小车的变结构控制研究。通过对滑模变结构控制原理、特性、抖振产生原因及削弱方法的分析,提出了在传统趋近律变结构控制的基础上采用基于自适应指数趋近律的滑模控制。对两轮自平衡小车的系统结构和非线性数学模型进行了分析,随后基于两轮自平衡小车的模糊线性化模型,分别采用这两种变结构控制器来控制小车。仿真结果表明改进的智能滑模控制器能明显削弱抖振,并对负载扰动和系统参数的变化具有较好的鲁棒性。