二轮自平衡车以清洁电能作为动力，具有体积小、转弯灵活等特点。作为新型代步工具，二轮自平衡车已经广泛应用于如：交通、勘探、救援和娱乐等多个领域，为环境污染，能源危机，城市拥堵问题提供了一种有效的解决方案。二轮自平衡车在结构上类似单阶倒立摆，本质上具有高阶、非线性、强耦合和不稳定等特点，集数据感知采集，控制方法决策和执行机构闭环控制等功能于一体，是进行控制理论和应用研究的综合性平台。目前，滑模控制已经逐渐演变为一种智能控制手段，在解决处理一些强耦合大惯性滞后严重等复杂、多输入多输出、非线性系统时，取得了非常好的控制效果。鉴于滑模控制的特点，本文基于滑模变结构控制设计了二轮自平衡车系统。首先，本文基于牛顿力学建立了二轮自平衡车的物理模型，对模型系统特性进行了分析。然后，在此基础上设计了一种准滑动模态滑模控制器。该算法通过设计边界层，采用饱和函数代替切换函数，且在边界层外采取正常的滑模控制，而在边界层内切换为连续状态的反馈控制。仿真结果表明，对比常规的滑模控制算法，本文设计的滑模变结构控制器能够有效的削弱抖振，在系统受到外界干扰时保持良好的鲁棒性，并且具有良好的跟踪性能。最后，基于Freescale单片机设计并实现了二轮自平衡车系统，详细介绍了其软、硬件组成，并将所设计的准滑动模态滑模控制器用于二轮自平衡车的平衡和速度控制。仿真和实验结果表明本文所设计的一种准滑动模态滑模控制器对于具有欠驱动特性的二轮自平衡车具有可行性和有效性。