欠驱动机械系统作为一种典型的非线性系统,由于自身控制输入数少于系统自由度,给控制器设计带来了很大挑战；到目前为止,仍没有一种适用于所有欠驱动系统的控制方法被提出。为了深入研究欠驱动机械系统的控制理论,人们提出了基于旋转激励的平移振荡器(Translational Oscillator with Rotating Actuator, TORA)基准系统,该系统由航天领域中双自旋卫星的共振捕获现象抽象得出。将TORA作为被控对象,可以对非线性控制算法的有效性、鲁棒性以及快速性等控制性能进行分析对比。本文参照TORA基准系统,提出了一种单层框架形式的TORA系统,该系统可看作土木结构振动主动控制系统的一种简化模型,并且与原TORA基准系统具有相同的数学模型；利用拉格朗日分析力学方程完成了TORA系统的数学建模,并通过数字仿真实验验证了模型的准确性。以建立的TORA系统数学模型为基础,分析了系统的平衡点,以及系统在平衡点附件的能控性及能观性；针对TORA系统的欠驱动特性,设计了一种分层滑模变结构控制器；通过理论分析和数字仿真实验,证明了整个闭环控制系统的稳定性,并根据数字仿真实验的结果定量地分析了控制系统的有效性以及鲁棒性。为进一步对控制系统性能进行分析,搭建了以dSPACE系统作为控制单元的半实物仿真实验平台,利用dSPACE系统的快速控制原型功能,将实际加工出的单层框架TORA作为被控对象,选取了用于测量和反馈系统状态信号的传感器,搭建了半实物仿真实验平台；通过系统辨识,得到了控制系统的系统参数；通过半实物仿真实验证明了上述设计的有效性和鲁棒性。