本文旨在设计和研究两轮自平衡小车系统。两轮自平衡小车是一种非线性、强耦合、多变量、自然不稳定、具体的、实现起来相对便宜的复杂系统,给控制理论提出了很大的挑战,是检验各种控制方法处理能力的典型装置,受到世界各国科学家的重视,成为具有挑战性的课题之一。两轮自平衡小车系统是一种左右两个轮并行布置、可以依靠倾角传感器和陀螺仪所检测的倾角和倾角变化速率结合控制算法维持自身平衡的一种新型电动车系统。本文进行了两轮自平衡小车系统简化模型的理论研究,根据运动学和牛顿力学推导出了小车系统的运动学、动力学状态方程,并进行了系统可控性与能观性验证。本文在Matlab-simulink软件平台对系统模型的状态方程进行LQR和PID两种控制算法的控制效果研究,同时又应用Matlab-simulink软件和ADAMS动态仿真进行了联合仿真实验,最终确定控制策略。通过理论仿真实验提供的数据,本文进行了系统硬件系统的设计包括机械系统设计和电气系统设计。最后,本文在IAR软件平台下,应用C语言进行了软件系统的编制。最终,本文设计完成两轮自平衡小车系统,并进行了软件系统和硬件系统的联机调试,证明系统设计合理,控制效果达到预期要求。