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第一章
本文主要研究了自平衡机器人的伺服控制方法。采用Lagrange方程进行系统的动力学建模，建立了系统的状态空间方程。并将理论模拟结果与实验结果相比较，实验结果表明，伺服控制方法能够很有效地控制机器人的平衡。
建模假设条件：
（1）机器人本体、车轮均为刚体；
（2）两车轮几何尺寸一致；
（3）车轮始终与地面保持接触，运动时车轮不打滑并且只有滚动没有滑动，因此z轴的方向没有运动，x反向没有转动，回转力可以忽略；
（4）忽略实际使用过程中的齿轮间隙（回程），传感器噪声；
（5）忽略电机电枢绕组中的电感和电机摩擦；
（6）电机建模时忽略电机空载阻转矩，认为电机输出转矩为电磁转矩；
（7）忽略内部能量消耗，例如：轴承摩擦等；
在实验过程中，利用ADXL3xx加速度传感器来测量角度及相应的变化，通过32位的FIO接口板检测加速度传感器的信号来控制伺服电机的状态反馈控制器，从而驱动电机使得机器人平衡稳定。
第二章
机械行走装置主要由车体平台、2个带编码器的直流伺服电动机和左右车轮组成.2 个电动机安装在车体平台的下面, 分别驱动左右车轮运动.采用微硅陀螺仪和倾角传感器组合构成姿态监测传感器, 检测车体平台的运行姿态.采用可编程逻辑器件对电动机编码器产生的脉冲量进行计数, 从而检测出车体平台的位移和速度.根据姿态监测传感器和位置传感器检测到的平台运行姿态信号, 通过一定的控制算法计算出控制电压信号, 再经D/A 转换及驱动器放大后驱动电动机运转, 调整车体平台的运行姿态, 从而使车体平台始终保持平衡状态.第三章
本文利用拉格朗日方程建立了二级线性倒立摆的系统模型，并将该非线性模型在平衡点附近进行小角度线性化，得到了近似的线性模型。
本文使用线性二次最优控制及基于趋近律的滑模变结构控制方法实现二级倒立摆系统的平衡控制。仿真结果表明，两种方法均可实现倒立摆的平衡控制。
LQR算法中，根据选定的目标函数求解出系统反馈增益阵K，这一过程实际上是对开环不稳定的系统构造闭环反馈，将闭环系统的极点配置为均含有负实部，确保系统稳定。
基于趋近律的SMC算法是将系统滑动模态微分运动方程的极点配置为均含有负实部，确保系统状态在滑模区域内稳定运动，以此达到控制效果。
基于趋近律的滑模变结构控制能够根据系统不确定性以及外部的干扰来选择参数。该趋近律能够使趋近过程变快，大大削弱抖振现象。
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