两轮自平衡电动车采用清洁的电能作为动力，并具有体型小巧、转弯灵活等特点，针对汽车尾气污染、交通拥堵等问题提出了解决方案，符合当代社会的发展需求。两轮自平衡电动车系统具有非线性、欠驱动、强耦合和不稳定等特点，是研究控制策略的理想实验平台，国内外众多学者都进行了相关研究。因此，对两轮自平衡电动车的运动控制问题展开研究具有重要的理论研究价值和实际意义。本文首先应用牛顿经典力学建立了两轮自平衡电动车系统的数学模型，为了便于设计控制系统，在平衡点附近对数学模型进行了近似线性化处理。通过仿真实验验证了数学模型的正确性。通过加入解耦单元实现了系统的解耦，使模型更加简化，便于进行控制器设计。为了加深对系统的认识，对系统的能控性、能观性、最大上坡角度和可控角度进行了分析，得到了系统设计的指导性结论。设计了状态反馈控制器，通过仿真实验证明其实现了系统的平衡及速度控制。参数不确定性这一特点使系统对控制器的鲁棒性要求较高，进而提出了滑模变结构控制策略，并通过仿真实验证明了它的有效性。然而滑模变结构控制引起了系统的抖振，进而采用准滑动模态法对滑模控制器加以改进，以削弱系统抖振。通过仿真实验对三种控制方法进行比较，证明准滑模控制消除了系统抖振，且具有较强的鲁棒性，综合性能较好。基于以上理论，对两轮自平衡电动车系统的硬件进行了设计，其主要由控制器、倾角检测机构、执行机构、操纵装置、ZigBee无线收发装置和供电机构六部分组成。最后，分别进行了控制器和无线收发装置的软件设计，并进行了实物实验，实验结果表明本文所设计的控制器是有效的。