随着全球石油资源的不断减少及石油燃烧给自然环境带来的污染的日益严重，交通工具正朝节能、环保的方向发展。独轮自平衡电动车是一种新型、便捷、环保的代步工具。主要基于倒立摆原理，属于一种非线性、时变、欠驱动的非完整约束系统。独轮自平衡电动车作为一个具体的复杂实物系统，驾驶者的参与对系统的鲁棒性提出了更高的要求。所以，其建模与运动平衡控制问题对控制科学与机器人技术的应用有着重要的意义。　　本文作者设计分析并搭建了独轮自平衡电动车系统，建立了系统动力学模型，通过仿真实验和物理实验进行了运动控制方面的研究，取得了以下研究成果:　　第一:独轮自平衡电动代步车的物理系统　　本文设计并搭建了独轮自平衡电动代步车的物理系统，包括机械系统、电气系统以及控制系统的设计。械系统对所设计的站立式结构和坐式结构方案进行了对比和分析，选择了坐式驾驶结构设计作为本课题的物理实验平台。在电气结构方面，主要分为电源单元、检测单元、控制单元和执行单元四部分。独轮车系统的运行需要各个单元的协同配合，各单元间的通信则是控制系统的重要的环节。独轮自平衡电动车系统是机器人科学发展与人类生活需求的共同产物。本文设计的独轮自平衡代步车系统应用轮式自平衡科学技术为人们提供一个环保、便捷的代步工具。　　第二:独轮自平衡电动车系统的动力学模型　　本文根据人驾驶独轮自平衡电动车的实际情况，利用拉格朗日方法，建立了人与独轮车一体的系统动力学模型。用sinmulink搭建系统的非线性模型，并对模型进行了零输入响应和零状态响应实验，结果符合实际物理规律，验证了模型的有效性。随后对系统模型进行了线性化处理，通过线性二次型最优控制法对不同重心和质量车体的独轮自平衡电动车进行了纵向自平衡对比实验，分析了由独轮车的驾驶者带来的不确定因素的影响。　　第三:独轮自平衡电动车的平衡控制　　独轮自平衡电动车系统主要依靠对姿态角的补偿原理，来实现动态平衡。当驾驶者身体前倾时，控制系统通过对姿态角度与平衡点角度的差值来给电机施加控制量。本文设计了独轮自平衡电动车的PD平衡控制器，对独轮车系统进行了物理实验，通过独轮车的自平衡、脉冲干扰和阶跃干扰实验，并结合实际情况对实验结果进行了分析，实验结果证明本文中设计的独轮自平衡电动车系统的具有较好的鲁棒性。最后为了减小驾驶者带来的不确定因素对模型的影响，更好的提高系统的鲁棒性，本文设计了专家PID控制器，并与传统PID控制进行了对比仿真实验。结果证明了具有专家系统规则的PID控制器对不同参数模型也具有更好的快速性和抗干扰能力。