随着人们对生产率的不断追求，使机械的运转速度不断提高，机器速度的提高使机械中的惯性作用明显增加，由此产生的振动和噪声使机器的工作性能和使用寿命降低。为了适应现代机械高速化和精密化的发展趋势和越来越高的动力性能要求，必须减小惯性力的不良影响，对机械的平衡问题进行深入的研究，探求进一步改善机械动力品质的新的理论与实践方法。 现有的配重法和附加机构法等机构平衡方法由于普遍不具可控性，不能根据变化的工况对平衡效果进行调节；各种型式的附加机构或装置为不同的平衡目的而设计，一般不具有功能上的通用型；同时，各附加机构或装置在结构上的非独立性带来实施上的不便。鉴于以上平衡方法在适应性、实施性和平衡效果等方面存在的问题，本文提出一套通过构造控制系统来主动地对机构动力性能进行控制的主动平衡方法，以期为进一步改善机构的动力性能提供了一种具有潜力的实现途径。 以主动平衡为主线，以平面单自由度刚性机构的平衡为目标，根据不同的使用场合和需求，提出控制系统与原机器在结构上相互独立、部分耦合和完全耦合3种的不同组合方式，并依此提出结构独立的主动平衡系统、结构部分耦合的主动平衡系统和结构完全耦合的主动平衡系统的设计理念，建立了相应的理论框架，并系统、深入地对各种主动平衡系统的设计理论与方法进行研究。具体研究内容包括： 针对目前存在的各种附加机构的平衡方法普遍缺乏适应各种变化的柔性，以及各附加机构或装置在结构上的非独立性带来的使用不便等问题，提出一种在结构上完全独立于原机器的主动平衡系统的设计理念，该系统安装于待平衡机构的外部，可以方便地装和卸。本文对这种独立式主动平衡系统进行了概念设计，提出4种可行方案，对各种方案进行了系统的分析，建立相应的设计步骤和方法，并通过算例对主动平衡系统的4种方案的平衡效果进行了验证和比较，指出各种方案的适用场合。 基于机电集成设计的思想，将可调整机构的设计理念引入主动平衡系统的设计中，深入研究了进一步提高主动平衡系统主动性、适应性和柔性的具有可调整杆的主动平衡系统的设计概念，给出相应的实现方法和设计算例。 基于配重法，提出一种通过引入的控制系统主动地控制原机构所附加的平衡配重的运动规律的、与原机器在结构上部分耦合的主动平衡系统的设计理念，研究了使平衡配重运动的各种可能方案。着重研究了可移动配重方法，对通过引入机械式和电子式两种配重运动控制系统而构成的结构部分耦合的主动平衡系统的设计方法、设计步骤和与以上两种控制系统相应的可能方案进行了系统、详尽的研究，并用算例验证了各方案的可行性。 为了使由单自由度机构组成的机器在运动性能和动力性能方面都具有柔性，提出将控制系统与原机构相融合的结构完全耦合的主动平衡系统的设计方法，给出相应的设计步骤和算例。 建立了结构独立的主动平衡系统和无刷直流伺服电机的动力学模型，以及无刷直流伺服电机的PID控制模型，对控制系统进行了仿真，结果验证了本文研究理论的正确性和主动平衡系统良好的平衡效果。 本论文以上研究成果从理论和计算机仿真两方面验证了主动平衡系统在获得柔性平衡和更佳平衡效果方面的可行性，为获得具有优良的动态特性及通用性、自适应性和智能性等品质的现代机械提供了一个有潜力的解决方案。