在现代工程中,以柔性机械臂为典型的机械构件应用已经很普遍,在高新技术领域尤其是机器人技术和航空航天技术中,高速、轻质、高精准度和智能化已成为未来发展趋势,因此以柔性机械臂及其相关的机械结构为核心的动力学与控制问题受到动力学领域越来越多的关注。许多航天航空领域中的机械结构及其他领域的机械构件都属于柔性梁、杆或板搭载于刚性体的刚-柔耦合结构,此种结构都可以简化为中心圆柱体刚体外接柔性悬臂梁的基础模型即hub-beam模型进行动力学研究。此模型的动力学分析和控制问题的研究,是柔性多体系统动力学研究的范畴,相较于多刚体动力学已经比较成熟的研究层次,柔性多体动力学仍需更长久的探索。与此同时,刚柔耦合问题也是柔性多体动力学领域中亟待解决的核心问题之一。针对这一问题,本文将以较为先进的高次近似刚柔耦合建模方法进行分析。在此基础上,本文从实际工程角度出发,对柔性机械臂在恶劣极端环境下作业面临的问题进行进一步的控制及优化。在主动控制方面,智能材料结构是最活跃的研究课题之一,其中压电材料由于其特有的压电效应及逆压电效应,在制作为压电传感器和驱动器时可以对结构的振动进行有效的控制,本文也将以压电材料为核心的复合智能材料结构进行研究讨论。除此之外,目前针对压电材料的相关研究大多集中于表面粘附压电材料的结构,但由于工况复杂,表面粘附压电片的结构应用范围相对受限,本文将采用嵌入式复合材料结构对其运动学分析及振动控制研究。此文在对多体系统刚-柔耦合动力学理论、压电材料及压电主动控制方法等方向的综述基础之上,对含压电层的智能复合材料梁做大范围运动的动力学问题进行了建模理论研究和数值仿真研究,本文主要研究工作及成果有:1.综述了柔性多体动力学研究现状、压电材料、主动振动控制研究阶段性进程,并且针对工程背景对结构的影响进行分析继而进行结构优化。2.研究了大范围高速运动的中心刚体-柔性梁系统的建模理论方法,对于hub-beam模型进行详细的推导,得到高次近似刚柔耦合动力学方程,并在此基础上引入压电材料建立中心刚体-智能复合柔性梁系统的刚柔耦合动力学模型,其中包涵夹层式与埋入式两钟结构。3.针对埋入式中心刚体-压电材料智能梁中压电材料的形状与埋入位置进行理论层面的研究并做出优化,推算出最优厚度和最优埋入深度。4.基于刚-柔耦合动力学建模方法,编制动力学仿真软件,并利用该软件分析了中心刚体–智能复合材料梁系统的动力学特征,对系统的振动进行了抑制。5.采用pd控制法对于两种不同结构进行主动控制,并进行分析对比,继而进行优化。