大型同构结构作为一类特殊的由若干具有重复性的基本单元组成的空间结构,因具有易于展开、刚度质量比大、便于制造和在轨组装等优点,正在航天任务中得到广泛的应用。但是,由于大型同构结构整体尺寸大、重量轻、柔性大,一旦受到外界干扰或者内部激励的作用,非常容易产生大幅度的振动,且难以自行衰减。此外,信号线和电源线等常用线缆的存在可能会导致系统频率发生较大漂移,进而可能影响系统控制精度和稳定性。因此有必要在发射前充分了解大型同构结构动力学特性。考虑到地面重力和结构尺寸等因素的限制,难以在发射前完全通过实验获得其准确的系统级动力学模型。因此,本文将通过数学手段分析大型同构结构动力学特性,并以此为依据进行控制方法研究。针对附加线缆会对原有结构动力学特性产生影响的问题,以含附加线缆梁为对象,对线缆的布局进行了优化,从而使该影响最小化。为了简化问题,本文考虑了锯齿型和对角型两种周期性线缆缠绕方式,基于能量等效原理建立了由偏微分方程描述的含附加线缆梁的等效连续体动力学模型。相比于有限元模型,连续体模型可以更直观地揭示附加线缆参数对系统动力学特性的影响。根据该模型发现,含附加线缆梁系统的固有频率与线缆的缠绕角度有关,而缠绕角度由基础单元数量决定。为此,本文以基础单元数量为优化变量,以线缆附加前后系统固有频率差的平方和为目标函数,基于连续体模型,建立了线缆布局优化模型。根据目标函数取最小值的充要条件,推导得到了锯齿型和对角型两种周期性缠绕方式下最优解的解析表达式,给出了最优解存在的条件,并通过仿真,讨论分析了线缆和梁的参数对最优解的影响。最后搭建了实验平台,通过对比理论与实验频率响应函数验证了两种周期性缠绕方式下等效连续体模型的有效性,证明了以此模型研究线缆布局优化问题是可行的。实验结果表明,以最优方式布置的含附加线缆梁与未加线缆梁的频率响应函数重合的非常好,证明了本文给出的最优线缆布置方案是正确有效的。针对大型同构结构的大变形问题,结合等效连续体建模方法和共旋坐标法,提出了一种桁架式同构结构几何非线性动力学分析方法。该方法通过引入共旋坐标系,将同构结构的运动分解为刚体运动和纯变形运动。基于能量等效原理,在局部坐标系下建立了同构结构的线性等效连续体模型。根据线性连续体模型的等效刚度和质量矩阵,推导了同构结构在全局坐标系下的非线性等效刚度和质量矩阵,并给出了彼此之间的转换关系。最后利用虚功原理和拉格朗日方程建立了系统的非线性动力学方程,通过修改边界条件引入了边界处剩余质量的影响。与基于杆单元的非线性有限元模型相比,所提出的模型在满足计算精度的同时自由度更少,维度更低,计算效率更高。针对大型同构结构的姿态控制和振动抑制问题,基于等效连续体模型,开展了控制方法研究。考虑姿态调整过程缓慢,结构变形小的情况,基于线性连续体模型,推导得到了由常微分方程和偏微分方程表示的同构结构的姿态-振动耦合动力学模型,并根据该模型设计了边界控制器,有效避免了模型离散及降阶引起的一系列问题。同时,利用李雅普诺夫直接法分析了系统稳定性条件,并以此为依据给出了控制参数选取方法。针对大型同构结构尺寸非常大,姿态机动过程中易出现执行机构输入饱和问题,本文改进了目前解决输入受限问题中常用的辅助系统,并重新设计了边界控制器,可以保证系统是最终一致有界稳定的。针对快速机动导致结构产生大变形的控制问题,基于非线性连续体模型,以结构残余振动幅度最小为目标,利用变步长萤火虫算法对大型同构结构的姿态机动路径进行规划,并以此为前馈量,结合前馈控制与PD反馈控制设计了一种姿态及振动控制器。最后通过仿真验证了所提出控制方法的有效性。