本文应用动力学理论对两轮式倒立摆机器人进行系统分析和数学建模，并基于状态反馈对系统进行控制，实现了基于DSP的软件控制，使系统在各种运动状态下保持平衡。实现了系统的自平衡、运动控制以及目标跟踪。 硬件上实现了以TMS320LF2407A为核心的控制系统，实现了传感器信号采集与处理，电机驱动，软件算法。建立了无线的测试与控制平台，实现了系统的数据传输与命令传输。 在总结前人工作的基础之上，本文总共用三种方法对系统进行了数学分析，并得出一致的状态空间方程，从而保证了结果的准确性。分析过程中发现，采用拉格朗日方程法和能量法比采用牛顿力学分析方法更清晰，简洁。 在对系统状态空间方程进行分析之后发现，系统可以分解成两个互不相关的子系统，分别描述系统的两组状态。根据这两个独立的状态空间方程设计了两个控制器，其中一个控制车体保持垂直状态和行驶速度，另一个控制小车在地面的旋转速度。 小车的运动控制可以转化为对小车的行驶速度v，和旋转速度ω的控制，基于该思想，本文提出了两轮式移动倒立摆机器人的目标跟踪算法，并通过实验验证了其可行性，对目标跟踪具有一定的实时纠偏能力。但是在考虑目标跟踪中小车的行驶速度和旋转速度的时候，只是从系统稳定性角度考虑，对它们进行了修正，进一步的研究需要从时间和效率上考虑和设计，进行路径规划和轨迹控制，以保证小车能够以最佳的轨迹跟踪目标。 此外，尝试采用模糊控制来实现小车的自平衡控制，但由于采用的模糊控制输入变量较少，只实现了部分控制目标。