张拉整体结构是由受压构件和受拉绳索组成的自平衡系统,其在力学性质上表现为一种介于固定结构和可动机构之间的特殊结构形式。张拉整体结构因其具有轻质、可部署、自身构件既可作为承载件也可作为传感器和作动器等优点,近年来已在土木工程、建筑艺术、航天智能结构、生物力学和柔性机器人等领域引起许多学者的研究兴趣。目前,关于张拉整体结构的研究文献多数侧重于模型的设计、找形分析、静平衡稳定性分析、静态优化设计、动力响应分析等。然而,对其控制问题的研究依然十分欠缺,特别是适用于一般化的复杂张拉整体结构的控制算法更是鲜有报道,这在一定程度上限制了张拉整体结构的发展。因此,开展相关的控制问题研究对完善张拉整体的理论体系和进一步推动这类结构与其它学科的交叉应用将十分重要。本文以张拉整体结构的动力学控制为主线,重点围绕张拉整体结构的轨迹规划、轨迹跟踪控制和振动控制问题,通过提炼这些问题的共性难点和数学内涵,提出了相应问题的控制器设计方案与计算方法,并通过实验验证了所提方法的有效性和可行性。本博士论文主要的研究内容如下:（1）针对张拉整体结构的动力学建模问题,建立了以微分-代数方程组（differentialalgebraic equations,DAEs）描述的一般张拉整体动力学模型。首先,基于位置有限元方法（finite element method,FEM）,以张拉整体结构的空间节点位置坐标为基本变量,推导张拉整体结构的受压杆、普通绳索、滑动绳索和圆环的动力学单元列式,并组装成结构总体的运动微分方程。然后,借鉴多体动力学的建模思想,引入主动绳索的运动约束驱动,从而建立张拉整体结构运动的DAEs模型。最后,基于离散变分原理,提出了一种DAEs系统数值分析的保辛计算方法,以此分析张拉整体结构的动力响应。（2）针对张拉整体结构的轨迹规划问题,提出了张拉整体结构展开与避障轨迹规划的保辛瞬时最优控制方法。首先,建立基于DAEs模型的张拉整体展开受控系统。然后,利用保辛离散格式,将原来整个连续时域的最优控制问题转化为各离散时刻的瞬时最优控制问题,提出了张拉整体结构展开的保辛瞬时最优控制方法。在此基础上,考虑更加复杂的避障轨迹规划问题。结合罚函数技术,进一步提出了张拉整体结构避障轨迹规划的保辛瞬时最优控制方法。数值仿真结果表明:所提方法一方面能够将可展开张拉整体结构快速地折叠/展开至目标位置,且同时残余振动最小;另一方面亦能够完成多障碍、远距离的避障轨迹规划任务。（3）针对张拉整体结构的轨迹跟踪控制问题,提出了张拉整体结构轨迹跟踪的保辛瞬时最优控制方法。首先,基于张拉整体结构的DAEs模型,建立绳索驱动的轨迹跟踪控制问题列式。然后,根据Lagrange-d’Alembert原理和离散变分原理,将受控DAEs等式约束方程进行保辛离散,并利用牛顿迭代将原问题转化为各迭代步的瞬时最优控制问题。进一步,考虑驱动长度或速率的安全阀值限制,即控制输入饱和的不等式约束,将原问题继续转化为线性互补问题（linear complementarity problem,LCP）,通过求解该LCP而获得满足输入饱和约束条件的控制律。此外,从数学上证明了所设计控制器的保辛性质,并利用不动点理论分析了系统的闭环稳定性。最后,以张拉整体连续型机械臂的轨迹跟踪控制为例,数值仿真结果表明:所提方法不仅能够跟踪涵盖直线、折线、圆弧等复杂的目标轨迹,还能够实现机械臂末端位置与姿态的同步跟踪控制。（4）针对张拉整体结构的振动控制问题,提出了基于物理引导的张拉整体结构振动抑制的多层级分布式模型预测控制方法。首先采用有限元方法,建立含主动压电杆作动器的张拉整体智能结构动力学模型。然后根据张拉整体结构自身的物理特征,将整体结构系统分解为一系列多层级子系统。以相邻子系统边界节点的状态为交互信息,为各子系统独立地设计多层级的局部模型预测控制器。所提方法为求解大型智能张拉整体结构的振动控制问题,提供了一种简单、统一、灵活的分布式控制算法框架。数值仿真结果表明:所提方法有效、能够灵活地设计控制器且具有良好的容错性。（5）针对方法的实验验证,通过搭建闭环控制实验平台,进一步设计了相关实验以验证本文所提方法的有效性和物理可行性。其中,针对DAEs系统的保辛瞬时最优控制方法,以张拉整体连续型机械臂的轨迹跟踪控制为例,借助视觉运动捕获系统、伺服电机、3D打印等硬件设备,实验成功完成了张拉整体连续型机械臂对“我爱DUT”字样的目标轨迹跟踪控制任务。针对基于物理引导的多层级分布式模型预测控制方法,以星载天线反射器变形控制为例,借助双目视觉测量仪、天线反射器、压电作动器等硬件设备,通过实验验证了所提出的多层级分布式模型预测控制方法的有效性及其优点。