为了解决城市的空气污染与交通拥堵情况,绿色节能的新型交通工具被越来越多的人关注和接受。本文以新型城市短途代步工具—独轮自平衡代步车为研究对象,分析和讨论了独轮自平衡代步车的动力学模型,姿态解算,动态自平衡控制算法,轮毂电机的转矩控制策略以及硬件电路设计与软件实现。独轮自平衡代步车的物理模型类似于可移动一阶倒立摆。本文采用拉格朗日法对独轮自平衡代步车进行动力学建模,研究其特性。根据独轮车的实际运行情况,在平衡点附近对独轮车的动力学模型进行线性化处理,得出了独轮车的状态空间方程,对系统的稳定性、可控性及动力学特性进行了分析。针对独轮车实际需求,结合独轮车的动力学特性,本文提出了基于俯仰角速度控制的双闭环动态平衡控制算法。俯仰角速度控制是控制器内环,根据模型特点和实际需求,设计了MAMDANI型模糊PI调节器。姿态控制是控制器外环,为了保证系统的稳定性,设计了纯比例控制器。在MATLAB/SIMULINK仿真环境下,搭建了独轮车仿真平台,验证了控制算法的可行性。为实现更好的控制效果,独轮车控制系统需要准确的姿态信息和稳定的转矩输出。本文采用陀螺仪和加速度计的双传感器姿态检测方案,通过一阶卡尔曼滤波器对角速度和重力加速度进行数据融合,获得准确的姿态信息。轮毂电机传统的控制方法是六步换相算法,但该算法引入了较大的转矩脉动和噪音,本文根据轮毂电机反电动势接近正弦波的特点,设计了高速采用基于电机转速的磁场定向控制,低速采用离散空间矢量控制,取得了较好的控制效果。最后,本文搭建了独轮自平衡代步车的物理实验平台,完成了实验平台的软硬件设计,验证了本文提出的控制算法。