两轮自平衡机器人是一个多变量、非线性、高阶次、强耦合、本质不稳定的运动控制系统，是检验各种控制理论和控制方法的典型装置，因而，对其研究有很大的理论和实践意义。由于其具有结构简单、运行稳定、能量利用率高、环境适应性强等优点，无论是在军事领域还是在民用领域都具有非常广阔的应用前景。本文以深圳固高公司生产的GBOT1001型两轮自平衡机器人为研究对象，主要研究了其稳定控制问题。首先，对机器人的硬件结构做了简单介绍，包括DSP芯片处理器、倾角传感器、陀螺仪、光电编码器以及驱动单元等主要元部件，并分析了其自平衡控制原理。其次，采用牛顿力学的分析方法对两轮自平衡机器人进行数学建模，并采用基于泰勒级数的近似线性化方法对其线性化。对系统的稳定性、能控能观性进行分析。再次，采用LQR控制方法设计控制器，对两轮自平衡机器人进行控制。经过大量的仿真实验，确定了最优Q、R矩阵，从而得到最优反馈矩阵，并搭建Simulink仿真模型，进行仿真分析。然后，设计模糊PD控制器，以机器人的位移和速度为输入变量由模糊控制器控制，倾斜角度和角速度由PD控制。针对模糊控制器，提出了一种量化因子和比例因子的估算方法，并根据PID控制参数整定原则，对相关参数在线整定。搭建Simulink仿真模型，将模糊PD控制与LQR控制进行仿真比较。最后，设计了机器人实时控制系统平台，用于两轮自平衡机器人的实时控制，经过大量的参数调试，机器人系统得到了良好的控制，可稳定行走，达到了预期目标。实验结果表明，模糊PD控制比LQR控制具有更好的动态性能，主要表现在模糊PD控制超调量小，振荡小，但是控制器反应相对较慢，调节时间长，而LQR控制器具有调节时间短、反应快的优点。