两轮移动小车系统作为一类典型的非线性系统，广泛应用于各种复杂环境场合中实现自身平衡、自主导航、路径规划等多种任务。其自身不稳定的动态特性和非线性特征，对研究非线性理论和验证各种复杂控制算法提供了一个较为理想的平台。论文研究的重点针对两轮移动小车运动平衡控制这一核心问题展出相关研究分析。为满足系统的鲁棒性要求设计了一类滑模控制器，针对其抖振问题分别从边界层角度和高阶滑模角度提出两种相应的解决方法。在运动规划过程中为提高系统电池使用效率设计了一类基于粒子群优化的能量控制方法。论文主要研究内容和创新点如下：(1)滑模控制虽然具有较强的抗干扰能力，但其出现的抖振现象一直影响着系统的性能。通常抑制抖振常用的两种方法为边界层方法和高阶滑模控制方法。边界层方法会降低滑模控制的抗干扰能力，所以论文在边界层方法上研究设计了一类全局改进积分模糊滑模控制方法，通过引入一个调整因子根据系统的状态变量实时对控制器部分进行调节，起到柔化控制输入、减弱抖振的作用，保证鲁棒性的同时也使系统具有较好的暂态特性。(2)从高阶滑模控制方法角度设计了一类自适应二阶super-twising滑模控制方法。二阶滑模的设计思想主要是将不连续控制作用在滑模面变量的二阶微分上，可以有效地削弱抖振现象。论文在二阶super-twisting算法基础上，对其控制参数设计了一种自适应控制律，不仅减少了二阶滑模控制中参数选取的复杂性，也消除二阶滑模中一阶导数边界已知条件的局限性。(3)两轮移动小车直自平衡移动过程中，电池的能耗问题对系统的续航能量至关重要。一般能量控制方法采用控制输入平方作为能耗评价公式，没考虑系统的运行状态。论文结合系统的动力学方程、运动学方程和电机的模型建立了较为完整的系统能量函数方程。由于所建立的能量约束方程比较复杂，其约束条件较多，难以寻优。论文采用粒子群优化算法来对其搜索寻优，获得了系统运行的最优匀速速度区间范围，实现系统电池能耗最优控制。