本文研究一种独轮机器人系统的建模与平衡控制问题。该机器人系统由一个车轮驱动系统并控制前向平衡,由电机驱动一个惯性轮形成反力矩,控制机器人侧向平衡。根据对该独轮机器人系统的动力学分析,应用劳斯方程建立系统动力学模型,并由分析和仿真实验验证模型。根据模型,分析系统的稳定性和能控性。同时采用LQR控制方法实现独轮机器人系统在平衡点附近的稳定性控制。仿真实验证明,获得的系统模型能有效反映系统动力学特性,LQR控制只能实现系统在平衡点附近的平衡,平衡点以外,控制失效。