两轮自平衡车是典型的非线性、欠驱动系统,对自平衡车的有效控制一直是个难题。研究自平衡车的控制很有理论和现实意义,研究成果也可以应用于其他欠驱动系统的控制。论文以自平衡车为研究对象,深入研究了滑模变结构控制方法并进行创新,探索新的控制策略,设计了新型滑模变结构控制器。论文的研究重点是对自平衡车的平衡控制。论文结合滑模变结构方法设计自平衡车的控制器,并从边界层和高阶滑模变结构两个方面进行创新,分别设计了分层滑模变结构控制器和自适应高阶滑模变结构控制器,并做了充分的仿真实验进行验证。设计分层滑模变结构和高阶滑模变结构控制器的初衷都是为了降低系统抖振,同时兼顾提高控制器的暂态特性,论文也确实取得了相应效果。为了克服选取控制器参数的主观性和随意性,论文结合智能粒子群算法设计了控制器参数整定方法。利用人工智能方法选取控制器的参数,避免了繁琐的参数调试过程,并且可以保证达到最好的控制效果。论文的主要工作和创新点如下：(1)论文采用拉格朗日方程法建立自平衡车数学模型,避免了复杂的力学分析过程,同时采用广义坐标,可降低系统方程求解难度。(2)论文为解决两轮自平衡车的耦合控制问题,引入了分层滑模控制方法,设计总的控制律同时保证位移和角度两个子滑模面渐进稳定,并进行了理论证明和仿真验证。利用幂次函数的非线性,抑制了分层滑模变结构的抖振现象。(3)为更好地解决抖振问题,论文从滑模变结构方法产生固有抖振的原因进行分析,探索了新的控制策略。二阶自适应滑模变结构控制将非连续量西作为控制量作用于系统上,而控制器输入u却是连续的,理论上可保证消除抖振。(4)论文为解决控制器参数选取难的问题,利用人工智能方法对控制器参数进行整定。为解决控制器参数整定中的多变量、多峰问题,文中设计了一种新型的嵌套型智能粒子群算法,用更科学和可靠的方法辅助设计控制器,以保证控制器获得更好的性能。