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自平衡兩輪電動(dòng)車由于兩輪自平衡電動(dòng)車的兩輪結(jié)構(gòu)，使得它的重心在上、支點(diǎn)在下，故在非控制狀態(tài)（或靜態(tài)）下為一不穩(wěn)定系統(tǒng)。然而，可以利用倒立擺系統(tǒng)的控制原理，通過(guò)微處理器的控制使它能夠如倒立擺一樣穩(wěn)定在一個(gè)平衡位置處，并能在保持平衡的狀態(tài)下按照使用者的指令要求正常運(yùn)行。兩輪自平衡電動(dòng)車實(shí)際上是一級(jí)直線式倒立擺和旋轉(zhuǎn)式倒立擺的結(jié)合體，它的控制原理與倒立擺系統(tǒng)的基本一致。更形象地說(shuō)，自平衡電動(dòng)車的工作原理更像人行走的過(guò)程。
對(duì)于人而言，當(dāng)人體的重心向前傾斜并失去平衡時(shí)，人通過(guò)自身的感覺(jué)器官能夠察覺(jué)到自己身體的傾斜（角度），于是他會(huì)做出一個(gè)反應(yīng)——向前邁出一步來(lái)防止自己摔倒在地上。如果身體一直前傾，為了保持平衡，人就會(huì)一步又一步地往前走。因此，如果將兩個(gè)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的車輪看成人的雙腿，再加上能夠測(cè)量車體相對(duì)于水平面傾角大小和速度的傳感器，{zh1}通過(guò)微處理器的控制便能夠?qū)崿F(xiàn)車體自平衡的效果。因而當(dāng)人站在車上時(shí)，只要將身體帶動(dòng)車體一起往前傾（或后傾）就可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車載人前進(jìn)（或后退）。
