一种基于时频分析的二轴运动系统轮廓误差补偿方法及装置，属于多轴联动系统运动控制技术领域。该方法分析二轴系统中的各轴在轨迹跟踪控制过程中的频率特性，确定合适的轨迹补偿量，补偿两轴实际位置输出的幅频特性衰减，并使得两轴具有相同的相频滞后特性，理论上实现轮廓误差为零。所述补偿方法通过对二轴系统中各轴的期望轨迹进行时频分析的方式，确定两条期望轨迹的幅频和相频特性随时间的变化关系，然后再根据各轴的闭环频率特性计算各轴在期望轨迹下的幅频衰减和相频滞后，并据此计算合理的各轴补偿量。将补偿量叠加到原有期望轨迹上，即可在不改变各轴闭环控制器结构的前提下有效减小二轴协同运动中的轮廓误差。