两轮自平衡车是基于对轮式倒立摆机器人的研究而发展起来的一种新型短途代步工具,具有结构简单、运动灵活、环保节能、操作方便、零半径转弯、适用场合广等优点。同时,两轮自平衡车又具有多变量、不稳定、欠驱动、强耦合、非线性等特点,是验证新的控制理论和算法的理想平台。所以,研究两轮自平衡车的设计与实现具有重要的理论意义和实用价值。本文在分析国内外研究现状和相关两轮自平衡车产品的基础上,设计并实现了一种具有体感和油门双操作模式的新型站坐两用式两轮自平衡车,并从以下几个方面进行了相关研究:(1)研究了两轮自平衡车系统的数学建模方法,基于Lagrange方程建立了系统的动力学模型,对系统模型在平衡点附近进行了线性化处理,并对其进行了解耦,得到了系统的状态变量模型。(2)通过对系统的状态变量模型的稳定性、能控性和能观性等的分析,基于现代控制理论,采用线性状态反馈的极点配置法设计了控制器,并使用Simulink进行了控制器的仿真实验研究,验证了控制算法的有效性。(3)基于以上理论分析,对站坐两用式两轮自平衡车的机械结构、控制系统硬件和嵌入式软件进行了详细设计,并进行了丰富的载人实验,验证了系统设计的合理性和控制算法的有效性。