两轮自平衡车是一种全新的交通工具，是一种本质不平衡的载体，它不同于自行车，两个轮子是并排排列的，自行车能够平稳行走完全靠的是人体的平衡技巧，而两轮自平衡车是通过内部控制装置来达到平衡的，这种平衡装置不需要载人掌握特殊平衡技能，只需前倾或后倾即可实现前进或后退，而不会摔倒。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；同时由于其不稳定的动态特性，两轮自平衡机器人成为验证各种控制算法的理想平台，具有重要的理论意义。但其动力学特性复杂，是一种多变量、非线性、强耦合的不稳定系统，对它实现平衡控制具有相当的难度。LabVIEW是图形化的编程语言和开发环境，被称为工程师的语言，借助LabVIEW控制设计工具包，可以方便快速地对平衡车系统进行建模、分析和控制算法设计。美国国家仪器公司(NI)推出的CompactRIO是一款工业级嵌入式测控系统，集成了嵌入式实时控制器(Real-time)、可编程硬件逻辑(FPGA)和可重配置的I/O模块。CompactRIO系统和LabVIEW开发环境可实现无缝连接，可以轻松地通过图形化开发环境访问底层硬件，这一优势可以大大缩短系统的开发时间。本文在对国内外两轮自平衡车的研究现状加以总结后，旨在探讨两轮自平衡车的控制算法设计，并在LabVIEW中进行模拟仿真，为最终实现完全自主移动打下基础。首先采用牛顿动力学方法，在合理的假设条件下，对两轮自平衡车进行了动力学分析，建立了系统的动力学数学模型，然后对开环系统进行了能控性与能观性分析，为控制器设计提供理论依据；接下来根据分离原理分别设计了最优线性二次调节器和卡尔曼滤波器，在两者都取得较好性能的条件下，将两者整合到一起，得到了最优二次高斯控制器，这个控制器的主要作用是保证车体在受到干扰时能够迅速回到平衡位置，为了能使车体以给定的信号实现位置、速度和转角跟踪，设计了基于PID的位置与速度跟踪控制器，然后和二次高斯控制器联合起来，实现了能够自主移动的两轮自平衡车，最后联系软硬件，开发了LabVIEW NI SoftMotion和C系列模块之间的驱动接口。利用LabVIEW对上述滤波器、控制器进行仿真，获得了期望的平衡与速度跟踪性能，验证了数据融合算法和相应控制器的正确性与有效性。