机、电、液多能域耦合系统是现代工业的发展方向,而机电耦合系统在工程中的应用最为广泛。机电耦合系统通常是由电机驱动机械机构所形成的,而且通常情况下两个系统均为非线性动力系统,在一定条件下均会出现混沌现象。机电耦合系统中,参数众多,且在运行过程中电机系统与机械系统的运动、功率流状态及系统的运动变量之间存在着相互影响和相互作用。因此机电耦合系统的动力学特性、功率流变化比单一能域系统更为复杂。本文以永磁同步电机-2R机械臂两个强非线性系统的耦合系统为研究对象,利用功率守恒的键合图理论,建立其数学模型;通过子系统之间耦合的功率变量,并借助相图、时域图、功率谱及最大李雅普诺夫指数等来研究复杂的机电耦合系统的运动特性及功率流状态。最后,针对耦合系统的混沌运动,提出耦合同步控制法对其进行控制。本论文的具体研究工作和结论如下:1.利用基于功率守恒的键合图建模理论,对永磁同步电机-2R机械臂非线性耦合系统进动力学建模。根据键合图理论状态方程推导规则,推出了耦合系统的非线性数学模型,并分析了耦合系统中子系统之间以及子系统内部的功率流情况。2.在永磁同步电机-2R机械臂非线性耦合系统中,以₁P表示电机的输出功率,₂P表示2R机械臂末端的输出功率。势变量,即电机负载转矩_LT的变化将会导致电机系统的运动状态及₁P功率流状态出现周期运动与混沌运动的相互转变;流变量,即电机输出转速?的变化将会导致机械系统的运动状态和₂P功率流状态出现周期运动与混沌运动的相互转换;₁P与₂P功率流状态的变化与系统运动状态的变化保持一致,即当系统运动状态出现周期或者混沌状态时,功率流状态也处于相对应的变化状态。系统参数的取值决定了机电耦合系统中势变量或流变量的大小。3.永磁同步电机-2R机械臂非线性耦合系统是一个多参数变量系统。本文利用回归分析法重点分析电机的电感参数、机构的杆长与质量参数之间的耦合对整个系统功率流影响的显著程度。研究发现,相对于其他参数及其耦合作用对系统的功率流的影响,直轴电感与交轴电感参数之间的耦合作用对系统₁P功率流的影响最为显著。基于回归分析结果,利用双参数混沌边缘法分析永磁同步电机直轴电感与交轴电感参数变化对系统进行动力学行为的影响,确定出了电感参数产生混沌运动的取值。4.针对永磁同步电机-2R机械臂非线性耦合系统的混沌运动,应用耦合同步理论对其进行控制,将耦合的电机子系统及机械臂子系统同时控制到稳定的周期状态。