滑模变结构控制理论最早出现在上个世纪中期，其最突出的优点就是针对系统的参数摄动和外部扰动都有着良好的鲁棒性能，但本身也有不足之处，系统存在着一定的抖动现象。所以减小系统抖动是滑模变结构理论能够很好发展应用的前提。两轮自平衡机器人与倒立摆原理相似。该系统具有一定时变性、多变量性、非线性和参数不确定性。在实际应用过程中，随着环境的不断变化，路面状况和小车本身载物情况，在很大程度上会影响系统性能。本文基于两轮自平衡机器人研究和验证滑模变结构算法所设计的控制器具有良好的稳定特性，并在实时控制中得到验证。本文首先介绍了滑模变结构控制理论基础，滑模变结构控制的概念、基本原理和性质。系统经过数学建模及线性化后再把系统解耦，可以得到位移倾角系统和转弯系统。根据滑模变结构理论设计了基于指数趋近律的控制器。在此基础上对趋近律控制器进行了改进，提出了准滑模控制器和自适应滑模控制器。对两轮自平衡机器人进行MATLAB仿真，同时检验了改进后的控制器对外界抗干扰能力和系统参数不确定性的控制效果。最后经实时控制两轮自平衡机器人能够平稳的运行及转弯，从而验证了控制算法的可行性。