本文旨在研究和开发两轮平衡车实验装置,两轮平衡车是由左右两个车轮和车体组成的多变量、强耦合、高度不稳定,非线性的控制了系统,平衡车系统是经典的控制理论模型,也是检测各种控制算法优劣的实验装置,国内外开展的针对这一领域的研究有着重要的意义,无论是工业控制还是军事领域,平衡车的研究都起着举足轻重的作用。另外如今平衡车已被开发成一种交通工具,这种交通方式更为绿色环保,节能便捷,逐渐成为公园以及高尔夫球场力不可或缺的交通工具。两轮平衡车系统是由简单的机械结构和复杂的电气结构组成的动力装置,依靠姿态传感器得出车体姿态,然后根据电机执行器实现反馈控制最终达到车体稳定平衡。本文首先主要分析平衡车的国内外研究现状和研究方向,以及平衡车的研究意义。第二利用牛顿力学和拉格朗日对车体进行动力学建模并对比分析两种模型,另外通过MATLAB的Simulink对模型进行仿真验证。第三从电气和机械的角度剖析平衡车的硬件组成,并分析传感器和驱动器等模块的工作原理和性能。第四深入分析PID控制和LQR控制,并对比这两种控制的算法实现方式和优劣。最后通过实物实验分析实验数据,总结平衡车的性能。最终完成平衡车模块的设计,调试,系统机械部分和电气部分的组装,联调。验证系统模型、算法以及程序编写的正确性。