两轮平衡车是是移动机器人的一种,在运动控制领域中,为了研究控制算法建立两轮平衡车模型,能够很好的验证算法的可行性。它结构简单、设计思路灵活,在未来的交通运输领域将占有极其重要的地位。研究两轮平衡车模型并建立一个能够作为代步工具的系统,对于移动机器人的研究也是非常重要的。本文通过牛顿法和拉格朗日法两种方法对两轮平衡车系统进行力学建模,之后搭建系统机械结构并根据机械结构对模型参数进行计算,给出状态空间方程。通过Labview上位机对状态空间数学模型进行能控性和能观性分析。在系统硬件设计中,对角度、角速度传感器进行选择,并分析其灵敏度以及应用在本系统中的可行性进行分析,设计出了测量原理图；对光电编码器进行设计,设计出AB相编码器电路,测量车子的速度和位置信息以及判断车轮的转动方向；对驱动电机硬件进行设计,设计出了大功率H桥驱动电路。在系统软件设计中,设计出主控制器,完成控制器代码的编写；利用卡尔曼滤波算法对角度和角速度进行滤波,得到角度和角速度信息；完成上位机Labview程序编写,通过上位机软件对车子的角度、角速度、速度、位置以及PWM等动态信息进行测量,分析系统的性能和鲁棒性。从实验数据和最后的实体模型验证,证明系统具有比较理想的稳定性,能够完成既定的载人车的前进、后退、转弯、爬坡等各项功能,达到了预期的目的,验证了模型建立以及仿真分析的正确性。