双轮自平衡机器人以其结构简单、运动灵活、占用空间小等特点,在日常生活代步、残疾轮椅、移动机器人等方面应用越来越普遍。经过近半个世纪的不断深入研究,使其在凹凸不平和斜坡路面等工作场合中完成各种任务成为可能。因此,如何提高该机器人本身的抗干扰能力,使其在复杂环境下稳定快速的完成各种任务成为本课题研究的重点。在理论方面,本文使用拉格朗日法分别分析了双轮自平衡机器人平面上的和起伏路面上的动力学模型。针对起伏路面上的该机器人动力学模型,分别设计了直立子系统和位移子系统的自抗扰控制器,转向子系统的PD控制器。然后结合动态面控制方法对两个子系统的自抗扰控制器的控制率进行了改造,设计了动态面自抗扰控制器。利用不同的控制方法对包含已知扰动的系统模型和加入未知扰动的系统模型进行控制研究,通过仿真比较了几种控制方法的抗干扰能力,验证了所设计的自抗扰控制器对于扰动具有很好的抑制效果。在实验方面,本文根据双轮自平衡机器人的功能需求完成了机械系统设计、控制系统的硬件电路设计和上下位机的软件设计。下位机控制系统硬件电路以STM32F103ZE为核心控制器,辅助功能模块包括:电源模块、姿态检测模块、Wi-Fi模块、显示模块、电机驱动模块等。主控制器控制协调接收各传感器模块传来的数据,对数据进行处理和运算,将控制信号输出给直流电机驱动模块。上位机监控软件采用VS2013开发,采用Wi-Fi实现上下位机数据的传输,从而对实验数据进行记录分析。以上工作为今后进一步深入扩展研究双轮自平衡机器人奠定了硬件和理论基础。