两轮单轴代步电动车是一种两轮同轴分布，分别由两个电机独立驱动，任何时刻能够自动保持平衡的倒立摆系统。作为载人代步工具，它融合了机械设计与动力学仿真、控制理论应用与计算机编程等知识，有着结构简单、占用空间小、机动灵活（最小转弯半径为零）、操作简单、节能环保等优点，拥有广泛的应用前景，具有重要的研究意义。论文主要对两轮单轴代步电动车控制系统进行设计，包括控制系统硬件设计、动力学建模、控制算法设计和控制系统软件设计。首先，对控制系统硬件进行设计，选择单片机、陀螺仪和加速度计型号；分别对单片机最小系统、倾角传感器电路、电机驱动电路、速度传感器电路、转动方向检测电路进行设计；建立蓝牙数据监控调试系统；最后绘制电路原理图和PCB板。然后，分别对左右车轮、车体和整车进行运动学建模，确定各运动物理量之间的关系；考虑电机转子转动惯量以及两种摩擦力相关的耗散能，并运用拉格朗日方程进行动力学建模，；最后通过可控性和可观性分析，验证模型的正确性。其次，基于直线运动模型进行控制算法的对比研究，分别研究LQR控制、传统PID控制和模糊自适应PID控制的原理和设计流程，并运用Matlab/Simulink对各种控制算法进行仿真和对比分析,从而为两轮单轴代步电动车选择相对最优的控制算法。最后，对控制系统软件进行设计，确定软件的功能和框架，绘制程序框图，对单片机的硬件资源进行配置；设计卡尔曼滤波来进行陀螺仪和加速度计的数据融合；最后编写整车控制程序,并进行实车试验验证控制系统的有效性。