本发明公开了一种基于ELM观测器的平衡自行车滑模控制系统及方法，系统中主控器根据传感器组采集的运动参数对电机部输出控制，主控器中设置分别用于反作用轮的平衡控制器，前进电机的速度控制器和转向的方向控制器，并通过uart与上位机进行交互；所述传感器组用于采集自平衡自行车的运动参数，该运动参数包括角速度、加速度和电机部转速；所述电机部包括反作用轮驱动电机、前进电机和转向舵机。本发明通过更加精简且全面的建模过程和创新性的应用基于ELM观测器的滑模控制方法，提高了系统的响应速度和抗干扰能力，使得自平衡自行车的控制系统能够通过ELM观测器预估外部扰动并进行补偿，使得平衡自行车的平衡控制更加稳定。