开展空间对接动力学半物理仿真技术研究的意义重大。首先,飞行器空间交会对接技术具有特别重要的意义。在过去和现在的人类的空间活动中,飞行器空间交会对接技术都发挥了重大作用,并将继续在人类的空间活动中将发挥更大的作用。然而空间对接过程是复杂的动力学过程;对接机构是一种复杂的自动装置。对接机构的研制过程和空间对接过程的研究都需要依靠半物理仿真技术,在地面上完成空间对接过程的试验和仿真、空间对接系统及其子系统的检验和验收。采用半物理仿真技术可将空间对接技术变成的一项成熟技术。空间对接半物理仿真系统是复杂的多输入多输出系统,又是混合系统。物理模型的强耦合和强非线性使得半物理仿真系统的分析与综合都变得十分困难。从可以查阅的文献看,有关空间对接半物理仿真的基本理论还不是十分完善,因此展开空间对接半物理仿真系统设计问题研究和试验验证,无论是在理论方面还是工程应用方面都是非常有意义的。本文在查阅了大量国内外相关文献的基础上,综述了空间对接动力学半物理仿真技术发展现状,指出该项技术研究面临的问题。归纳出空间对接半物理仿真技术的发展趋势。通过综述空间对接动力学半物理仿真技术的支撑理论与技术,为课题研究奠定了基础。本文论述了空间对接动力学半物理仿真系统设计的基本想法(Idea)。分析了空间对接动力学半物理仿真系统研究任务,指出采用半物理仿真方式的必要性。通过分析被仿真对象系统,一方面指出其复杂性,复杂的被仿真对象使半物理仿真系统设计变得十分困难;另一方面也指出被仿真动态过程的频率是有限的,这是建构半物理仿真系统的条件。推导了空间对接飞行器体动力学模型,并最终将其用于构建半物理仿真系统。通过对半物理仿真系统与被仿真对象系统进行相似性分析,阐述半物理仿真系统设计问题。并指出该系统设计问题的实质,即人为构建一个动态系统,并使之动态特性与空间飞行器对接动力学过程相似。阐述了半物理仿真系统建构想法,探讨了半物理仿真系统设计的解决方案;将半物理仿真系统设计问题,转化为仿真/硬件接口设计问题。在此基础上,将空间对接动力学半物理仿真系统设计需要解决问题归纳为三个基本问题。论文介绍了单自由度空间对接动力学半物理仿真系统模型;对仿真/硬件接口进行建模。在单自由度情况下,研究了半物理仿真系统设计问题,并提出三种设计方法;阐述系统设计方法的实现手段和条件,即控制问题;采用仿真手段,验证了单自由度空间对接半物理仿真系统的设计想法和方法;在单自由度情况下,总结了空间对接动力学半物理仿真设计问题解决办法。介绍了多自由度空间对接动力学半物理仿真系统;在多自由度情况下,对仿真/硬件接口进行建模;探讨仿真/硬件接口的设计问题,以及其实现手段;通过并联机器人各个自由度固有频率分析,指出:并联机器人在空间对接工作空间内运动时,其位置和姿态发生变化,但是其动态特性变化不大。为单自由度空间对接半物理仿真系统设计方法向多自由度情况推广创造了条件;探讨了半物理仿真系统回路动态特性的验证问题;总结了空间对接半物理仿真设计问题解决方法。论文介绍了虚拟空间对接动力学半物理仿真系统原理样机的建立过程。在虚拟样机上,对空间对接动力学半物理仿真系统建构想法及其实现方法和手段等进行了初步验证。仿真过程与结果表明论文提出的系统设计方法具有较强的可操作性和实用性。原理样机仿真研究工作也为下一步开展试验研究积累系统调试经验,以及做一些准备工作。论文介绍了空间对接动力学半物理仿真的试验系统。对该系统的并联机器人进行了正弦信号跟踪测试,依据测试结果绘制了两个运动自由度的伯德图。考察了并联机器人运动自由度间的耦合问题。测试了并联机器人与力传感器通道的相位滞后情况。上述试验研究奠定了开展空间对接动力学半物理仿真系统设计试验研究的基础。在空间对接动力学半物理仿真的试验系统上,开展了一系列试验研究对论文提出的空间对接动力学半物理仿真设计想法和方法的可行性和有效性进行了验证。