两轮自平衡小车是一种本质不稳定的特殊轮式移动机器人,其动力学系统具有多变量、非线性、强耦合、参数不确定等特性,它不但运动环境复杂、运动学方程受到非完整约束,而且控制任务复杂。因此,两轮自平衡小车是研究各种控制方法的理想平台。目前对小车的控制普遍采用模糊控制、最优控制、PID控制等,很少有人将变结构控制理论应用于两轮自平衡小车系统的控制中。本文采用变结构控制对两轮自平衡小车进行控制。主要工作有以下几个方面:首先,深入分析两轮自平衡小车的动力学特性以及电机的动力学特性,在借鉴国内外机器人系统建模的基础上对两轮自平衡小车系统进行建模。其次,对原系统的非线性模型分别进行模糊加权线性化和反馈线性化,在反馈线性化模型的基础上分析了系统的能控、能观性及稳定性。通过比较泰勒级数线性化模型、模糊加权线性化模型以及反馈线性化模型的能控性矩阵的条件数,说明了反馈线性化模型更逼近原非线性系统。最后,根据变结构理论可知,变结构控制器虽然具有很好的鲁棒性,但不可避免地产生了抖振。基于此,文中首先分别设计了常规准滑模控制器和动态准滑模控制器,仿真发现:后者较前者虽然更有效地削弱了系统的抖振,但同时抗干扰性能也随之变差;然后通过改进动态准滑模变结构控制器设计出带扰动补偿项的动态准滑模控制器,这种控制器不但有效地削弱了变结构控制的最大障碍——抖振,同时还很好保证了系统的抗干扰性及动态性能。仿真比较泰勒级数线性化模型与模糊加权线性化模型,说明当系统存在摄动时,基于模糊加权线性化模型设计的变结构控制器比基于泰勒级数线性化模型设计的变结构控制器更容易使系统稳定。