随着科技的进步,自平衡技术日益发展,尤其体现在自行车机器人领域。目前,绝大多数自行车机器人的平衡控制器主要是基于横滚角的变化展开设计。本文以拖挂式自行车机器人为研究载体,由于该系统是一种结合了自行车机器人与类似脚轮结构特性的新型两节自行车机器人机构,因此评判该系统平衡状态的横滚角具有多样性。如果采用多个横滚角的变化作为控制误差,则会使得整个控制系统复杂难解。基于此,本论文首先在满足控制器实时性强且计算简便等特点的基础上,建立拖挂式自行车机器人系统ZMP模型,从而得到系统ZMP的位置;其次,将系统ZMP引入一维基于距离和二维基于面积的方法中,设计出含有系统ZMP的误差干扰补偿项的控制误差;然后,将不同的误差干扰补偿项引入不同的控制算法中,从而设计出含有系统ZMP的控制器;最后,结合ZMP模型、动力学模型以及控制器,在MATLAB/Simulink中展开数值仿真,并从动态性能的角度多层面分析仿真曲线,从而对系统的综合性能进行评估,主要完成工作如下:(1)在满足控制器操作实时性强且计算简便等特点的前提下,运用机械化建模的思想,建立拖挂式自行车机器人系统ZMP模型,从而得到系统ZMP位置。(2)基于所得到的系统ZMP位置,分别将系统ZMP引入一维基于距离和二维基于面积的方法中,由此设计出含有系统ZMP的控制误差并作为控制器的干扰补偿项。(3)分别将含有系统ZMP的不同误差干扰补偿项引入部分反馈线性化控制算法和基于部分反馈线性化的滑模控制算法中,并由此设计相应的控制器。(4)首先,结合系统ZMP模型、动力学模型和控制器,在MATLAB/Simulink模块中搭建仿真模块并完成仿真;其次,从动态性能的角度对仿真曲线展开分析,进而对系统整体性能进行综合评估;最后,分别在不同控制系统中引入同种误差干扰补偿项和在同种控制系统中引入不同误差干扰补偿项,并进行仿真实验,将仿真结果进行对比分析,从而得到不同状态下的系统控制性能。(5)协助完成拖挂式自行车机器人机械系统、电控系统的设计、搭建与调试工作,并在此基础上进行了平衡运动的基础实验。