两轮不稳定小车是一种特殊轮式移动机器人,是复杂系统的一个例子。其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定性等特性,其运动环境复杂且运动学方程受到非完整约束,其控制任务复杂,在完成平衡控制的同时完成路径规划、路径跟踪等任务。因此,不稳定小车是学习和研究各种控制方法的理想实验平台。而系统灵敏度是研究参数不确定性对系统性能影响的理论,对两轮不稳定小车进行灵敏度分析是深入研究必须要做的工作。本文具体工作主要有如下几点。第一,通过分析和借鉴国内外两轮不稳定小车的结构组成,参与了两轮不稳定小车控制系统的硬件结构、电路及软件设计,调通了整个系统。第二,在结构参数方面着重分析了车体质量以及车体质心高度变化时,对小车鲁棒性的影响,并得出一些结论。第三,经过比较研究得知,采用泰勒级数线性化和模糊线性化方法在平衡点附近得到的线性模型是相同的,基于非线性反馈线性化方法也得到了系统的线性模型,然后对这两种线性模型设计的控制系统,后者明显具有更好的鲁棒性。第四,基于在平衡点附近级数展开近似线性化模型,分析了采用极点配置、最优控制、变结构控制以及模糊控制小车系统的灵敏度情况。最后,在以上分析基础上,将最优控制和变结构控制相结合,设计出了一种组合控制器,有效地扩大了小车的可控倾角范围,同时使系统在平衡点附近具有明显更好的鲁棒性。