空间站转位机构是现在大型空间站在轨组装的重要执行机构,在实现航天器转位操作前,转位机构转臂与基座需要首先完成捕获与连接动作,在此过程中,转位机构转臂需要克服舱体间的连接力/力矩约束,通过导向板校正转位机构转臂与基座的位姿偏差构成刚性连接。本课题结合空间站转位机构整机特性测试系统的研制工作,研究了被动式多维力加载系统动力学建模与力加载控制技术,主要研究内容与成果如下:首先,研究并建立了被动式力/力矩复合伺服加载平台位姿运动的动力学模型,并针对平台驱动与传动方式分析了机构摩擦产生的机理及其对低速运动平稳性的影响。针对捕获连接过程的导向板滑移约束难以解析分析与建模的问题,通过ADAMS数值分析方法研究了捕获连接过程的位-力耦合特性。其次,针对伺服系统低速运动过程中受机构摩擦影响大的问题,本章基于浸入不变理论以及LuGre动摩擦模型,研究了被动式多维力伺服平台运动过程中的位置控制问题,提出了一种基于浸入不变理论的非线性扰动补偿控制算法,能够实时估计摩擦模型的参数,从而实现对机构摩擦的动态补偿,提高了低速运动的平稳性和动态性能。通过与其他控制方法的仿真对比与分析,表明了所提出方法位置伺服控制性能的优越性。最后,针对转位机构捕获连接加载过程中无法通过主动运动端的运动轨迹消除多余力以及导向板的滑移约束导致的多维力/力矩耦合问题,基于虚拟参考反馈理论,研究了转位机构在捕获连接过程中的多维力-力矩加载控制问题,提出了一种基于在线数据驱动的虚拟参考反馈解耦加载控制算法,控制器能够在多维加载时实现控制输出的自动解耦,实现了转位机构在捕获连接过程中的力-力矩伺服加载。仿真与实验结果表明,所提出的解耦加载控制算法能够以较高加载精度及响应速度跟踪加载指令,并校正转臂与基座的位姿偏差,实现模拟转位机构捕获连接的过程。