两轮自平衡小车是一类非完整的本征不稳定系统，其动力学方程具有复杂非线性、高阶次、强耦合、欠驱动等特点，采用牛顿力学分析法进行系统建模，利用前馈、反馈以及输入量构成自适应机构，在此基础上提出模型参考自适应控制（ModelReferenceAdaptiveControl，MRAC）策略对两轮自平衡小车的姿态和速度进行控制。通过仿真，结果表明采用MRAC算法能够在保证系统稳定的前提下，获得接近于给定理想参考模型的动态性能，并使系统在平衡点附近具有良好的鲁棒性。