振动机械作为一种利用振动原理来完成各种不同工业任务的机械而广泛应用于煤炭、钢铁、冶金、采矿、建筑、环保等行业。虽然振动机械的发展不是热门产业,但是,在工业生产中,振动机械的应用是不可避免的。目前,随着节能减排、绿色制造、智能制造等要求和理念的提出,对于振动机械的发展,尤其是振动筛分机械,同样提出了高效、节能、清洁、大型化和智能化的要求。利用振动同步原理设计的自同步振动机械已经在工程领域得到了广泛的应用。但是,由于该类振动机械本身固有特性的限制,存在双机驱动自同步振动机械工艺效果不佳、三机及四机驱动自同步振动机械无法满足工程需要而不能应用等工程实际问题。为了解决自同步振动机械存在的问题,采用控制同步技术代替振动同步技术,是一种理想的方案。本文适应振动机械高效、节能、大型化、智能化的发展方向,以解决自同步振动机械存在的工程实际问题为出发点,在国家自然科学基金项目及国家973项目的资助下,以“多机驱动振动系统的控制同步与复合同步理论研究”为课题,在系统分析不同类型的双机及多机驱动自同步振动系统局限性的基础上,提出了实现多机驱动振动系统控制同步的理论方法,并将振动同步理论与控制同步理论方法相结合,创新性的提出了多机驱动振动系统复合同步的理论方法,设计了试验样机,通过实验验证了控制同步方法与复合同步方法的有效性,建立了一套较系统的多机驱动振动系统控制同步理论与复合同步理论体系与框架,并将研究结果应用于工程中,成功解决了三大工程实际问题。论文的主要研究内容和创新性成果如下:1.在绪论中,概况性的总结了振动同步理论在振动机械领域的应用以及控制同步理论在机械其他领域的研究现状及研究方法,并明确指出了本文需要解决的三大工程实际问题。2.研究了远共振同向转动双机、三机以及非同向转动对称分布的四机驱动振动系统实现控制同步运动的理论方法。基于小参数平均法,获得了双机及多机实现振动同步的同步性条件和同步状态稳定性条件,分析并获得了利用振动同步原理设计的双机及多机驱动振动机械的局限性。采用矢量控制算法、滑模控制及自适应滑模算法,设计了双机及多机的相位差同步控制器。基于Lyapunov稳定性理论及Barbalat引理,证明了控制系统的稳定性。通过仿真分析发现,在所设计同步控制器的作用下,双机及多机驱动振动系统实现了所需的零相位差同步运动,说明了所提出控制同步方法的有效性;同时,在内部参数摄动及外部干扰的作用下,双机及多机驱动振动系统同样能实现同步运动,说明了控制系统的鲁棒性。最后,设计了试验样机并依据所提出的控制同步方法设计了相位差同步控制器,通过实验验证了所设计控制器的有效性。对于远共振同向转动双机驱动振动系统,根据振动同步理论,当两电机的转动中心至机体质心的距离大于系统当量回转半径的(?)倍时,两机才能实现零相位差的振动同步运动,机体实现接近于圆的椭圆的运动轨迹,振动系统的工作效率达到最佳;而当这个距离小于系统当量回转半径的(?)倍时,两机零相位差的振动同步运动是不能实现的,机体主要以摆动的形式运行,振动系统的工作效率低。对于两电机的转动中心至机体质心的距离小于系统当量回转半径的(?)倍时,利用所提出的控制同步方法,可以实现两电机的零相位差同步运动,使机体以接近于圆的椭圆的运动轨迹运行,大大提高了振动系统的工作效率。将所提出的控制同步理论方法应用于工程实际,成功解决了目前世界上最大振动筛工艺效果差的问题。对于远共振同向转动三机驱动振动系统,利用振动同步理论及实验进行分析发现,与工作于零相位差同步运动的双机驱动振动系统相比较,电机数量的增加,系统的振动幅值大大减小,工作效率大大降低,无法达到通过增加系统动力增加振动幅值的目的,说明依据振动同步原理设计的三机驱动自同步振动机械无法在工程中得到应用。采用所提出的三机驱动振动系统控制同步方法,实现了三机零相位差同步运动,使机体工作于接近于圆的椭圆运动轨迹,振动系统的工作效率达到最佳。同样与双机驱动振动系统相比较,增加了系统的振动幅值,提高了工作效率。三机驱动振动系统的控制同步理论方法在工程中得到了应用,成功解决了三轴振动筛不能实现零相位差同步运动的问题。对于远共振非同向转动对称分布的四机驱动振动系统,通过振动同步的实验结果发现,四台电机不能实现零相位差的振动同步运动,四台电机带动偏心转子施加在振动系统上的激振力的合力近似为零,机体振动幅值几乎为零,说明了依据振动同步原理设计的四机驱动自同步振动机械是无法应用的。然而,在所设计控制器的作用下,实现了四机的零相位差同步运动,从而机体实现了工程上应用广泛的直线振动,并采用仿真与实验对上述结果进行了验证。利用四机控制同步理论可设计大型直线振动输送机、振动给料机及振动筛等振动设备,以此满足直线振动设备大型化、智能化的要求。3.在前述双机及多机驱动振动系统控制同步理论研究的基础上,将振动同步理论与控制同步理论相结合,创新性的研究了远共振非同向转动三机及四机驱动振动系统的复合同步理论。在双机控制同步运动的基础上,基于小参数平均法,提出了研究三机、四机驱动振动系统复合同步运动的方法,并获得了系统实现复合同步运动的同步性条件及同步状态稳定性条件。通过数值与仿真分析了系统参数对其复合同步运动的影响,为三机、四机复合同步振动机械的设计提供依据。设计了试验样机并搭建了控制系统,实验结果验证了复合同步理论的正确性。与前述控制同步理论相比较,复合同步理论采用振动同步理论与控制同步理论相结合的方式,可以简化控制系统的设计,降低生产成本,但也存在受系统固有特性限制的缺点。利用三机复合同步理论同样可以解决三轴振动筛不能在工程中加以应用的问题,为三轴振动筛的应用开辟了新的途径。将四机复合同步理论应用于大型直线振动机械的设计中,满足节能、大型化、智能化的发展要求。最后,对全文的工作进行总结,并提出下一步所需开展的研究工作。