空间交会对技术在当前的各类航天任务中发挥了无可替代的作用。作为一类新型对接机构,柔性杆式对接机构具有结构紧凑和弱碰撞的优点,具备广阔的应用前景。柔性杆式对接机构的研究涉及到复杂的接触动力学和多体动力学背景,相关的动力学理论研究和仿真系统设计仍需要大量研究工作进行完善。本文以柔性杆式对接机构为研究对象,对该类对接机构进行理论建模,结合半物理仿真系统展开研究。展示了柔性杆在对接过程中的非线性动力学特性,使用半物理仿真系统对不同固有频率的对接过程进行仿真验证。论文的主要研究工作如下:首先,分析柔性对接过程和刚性对接过程的差异,使用赫兹定理求解对接过程的接触力,基于假设模态法确定柔性杆形变,采用拉格朗日分析力学理论建立柔性杆式对接机构的动力学模型,完成柔性杆式对接机构的刚柔耦合动力学建模。其次,对半物理仿真系统展开研究,给出半物理仿真系统的航天器动力学解算模型、运动模拟器的运动学模型和动力学模型。对比半物理仿真系统复现的对接过程和实际对接过程的差异,确定出半物理仿真系统产生时滞的原因并分析时滞对系统稳定性的影响。使用弹性棒模型评估半物理仿真系统复现对接过程的能力。然后,确定半物理仿真系统的时滞补偿策略。将时滞补偿策略划分为频域补偿策略和力补偿策略,为解决传统的一阶微分补偿策略的局限性,使用相位移法对一阶微分补偿的参数进行整定,可以有效改进频域补偿策略。对力补偿方法的补偿机理进行研究,指出欠阻尼振动的指数衰减特性可以有效抑制时滞引起的发散。分别基于相位移法和在线辨识方法对系统的力补偿策略进行研究比较。分别在低频段、中频段和高频段对各类时滞补偿策略进行评估,指出力补偿策略是对半物理仿真系统最有效的时滞补偿策略。最后,使用半物理仿真系统完成对接缓冲过程研究。搭建对接缓冲过程的半物理仿真模型,对比理想状态、有补偿策略、无补偿策略的情况下,对接缓冲过程在不同自由度上的收敛过程。对半物理仿真系统在不同自由度上复现对接缓冲过程的能力进行评估。结果表明,使用补偿策略的情况下,半物理仿真系统可以精确复现对接的碰撞和缓冲过程。