自平衡控制系统的主要特征就是以系统在垂直方向上的角度或水平方向上的位移为控制对象,使其控制在一定的范围内.在实际中所见到的重心在上、支点在下的控制系统就是一个自平衡控制系统.该论文提出的自平衡控制系统具有以下主要特点:与传统的自平衡系统相比,负载状态和运行状态是变化;负载本身具有生理上的平衡调节功能;系统不但要保持静态平衡而且要在运动中保持动态平衡.这些特点决定了系统控制的复杂性,系统稳定性的解决需要综合考虑各种控制理论和控制方法,特别是先进控制理论的应用.该文的研究成果,将为复杂的非线性、不确定性系统的稳定性控制提供一个技术支持平台,同时对于两足行走机器人、火箭垂直度等自平衡控制系统的研究具有重要的参考作用.该文的主要研究内容包括:系统力学分析与建模、控制理论与应用、控制技术与实现.1、建立系统空间坐标系,应用动力学理论对自平衡小车运动状态、受力情况进行分析,最后得到系统模型,为控制理论和控制方法的研究奠定基础.2、在平衡点附近,对系统模型的分析和系统参数的计算证明系统是可控的,应用线性控制理论对系统加以控制,通过系统仿真得到一组状态反馈数据,在此基础上设计出状态反馈控制器.3、为了在大范围内对系统进行控制,采用双回路模糊控制器,实验结果证明这种控制方法比传统的以误差和误差变化率为输入的二维模糊控制器更能反映自平衡系统的控制特点.应用参数模糊自整定PID控制器解决自平衡系统存在不确定性和非线性问题,通过对参数的自整定,当系统的运动状态变化时能自动跟踪改变,使得控制方法具有智能性,实验结果证明其有效性和合理性.4、对于所研究的控制方法,以系统输出误差目标函数为依据,计算和调整动态加权系数,作用于控制器的输出,最大限度地发挥它们的控制特点,最后完成对自平衡系统的有效和稳定的控制.5、设计一个高效合理的电路对于控制系统来说显得尤为重要.在自平衡小车的硬件中,设计了部分独特的控制电路,为系统稳定、可靠地运行打下了一个良好的基础.该文还分别用C、VB和MATLAB语言编写了三种软件,这些软件的良好运行为完成对自平衡小车的控制提供了必不可少的分析和研究手段.