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为了有效地解决双轮机器人平衡控制问题，改善学习时间过长的问题，使双轮机器人具有自学习能力；将机器学习中强化学习算法应用于双轮机器人上，利用内部回归神经网络构造性能评价函数，设计了一种新型控制算法；该算法是一种不需要预测和辨识模型，在模型未知及没有先验经验的条件下，通过自身神经网络的在线学习，以实现对双轮机器人的自学习平衡控制；Matlab仿真以及物理实验表明：该方法能在短时间内成功实现对双轮机器人的自学习平衡控制，且在性能上优于其它学习算法。