自从服务机器人的设想被提出以来,众多学者和产业人员投身研究行列。载人平衡车作为服务机器人研究范畴的重要分支,其相关设计研究一直是热门课题。此外,平衡车具有构造简洁、体积小巧轻便、适合穿梭于复杂空间环境的特点,操作简便、趣味性高,因此受到人们的广泛青睐。本文首先介绍了两轮载人自平衡车的发展历史、数学模型以及运行原理,对两轮载人自平衡车进行了多参数系统建模。采用拉格朗日(Lagrange)法建立平衡车的动态模型,考虑广义力与系统动能的关系,极大的简化了系统的数学模型,同时也能更好的表征两轮自平衡车这种非线性多参数组合的系统。在MATLAB/Simulink平台上对两轮自平衡车的动力学模型进行了仿真验证。仿真结果表明,建立的数学模型可以有效的表征实际的平衡车运行状态。其次,对现有的平衡车结构及其控制方式进行了研究和总结。注意到传统的平衡车是通过转向把手或者转向杆控制转向的,虽然能够实现平衡车的灵活转向,但是其机械结构较为复杂,同时增加了车体的重量和体积。因此本文提出了基于压力传感器实现转向功能的设计方案,利用传感器获取左右踏板的压力差值,通过归一化处理后计算得到一定的占空比,将维持平衡和实现转向的占空比相加得到最终的控制占空比,调整无刷直流电机的转速,从而实现差速转向。再次,将自平衡车系统的运行假设成任意时刻的离散直线运动,在此基础上,提出了一种等效的线性运行模型,分析了平衡控制策略、速度控制策略、电流控制策略和转向控制策略,设计了三闭环PID控制器。同时,为了使控制器能更好的适应不同应用场景,本文提出了多层参数设计方法,提高了系统的鲁棒性。最后,在理论分析及仿真验证的基础上,设计实现了载人两轮自平衡车系统原型机,对平衡状态、车体倾角输出准确度以及室内和室外运行效果进行测试实验,实验结果表明本文提出的基于压差转向的两轮自平衡车控制系统不仅转向灵活、运行稳定,而且系统鲁棒性强,功能完整。