自行车机器人是近年来机器人学术界提出的一种全新的智能运输(或交通)工具的概念。由于其动力学特征较为复杂,且其本身是一个欠驱动的非完整系统。因此自行车机器人的控制问题相当困难。到目前为止,自行车机器人已经取得一定的研究成果,其研究内容主要围绕动力学建模和提出新的控制算法两方面内容展开的。本文利用建模、稳定性分析、控制器设计和仿真的方法,对自行车机器人的平衡控制进行了研究。1.本文建立了一个自行车倒立摆模型,利用自行车机器人模型的限制条件和平衡条件,建立了自行车的运动方程。并对自行车机器人运动中的稳定性进行了分析,包括车速对系统稳定性的影响。2.本文基于ARM9嵌入式系统、单片机、高精度的MTi传感器等硬件平台设计了自行车机器人的实验样机,以自行车机器人单输入单输出的线性系统为例,并进行了相应控制算法的实验。3.本文基于倒立摆模型及自行车车把转角与倾角的关系,设计了PID控制器、具有状态观测器的PID控制器及模糊PID控制器,并用MATLAB仿真了三个控制器,并比较了三者的性能。