Diese Arbeit befasst sich mit der inversen Dynamik unteraktuierter, flexibler, mechanischer Systeme, welche durch quasi-lineare hyperbolische partielle Differentialgleichungen beschrieben werden können. Diese Gleichungnen, sind zeitlich veränderlichen Dirichlet-Randbedingungen unterworfen, welche durch unbekannte, räumlich disjunkte, also nicht kollokierte Neumann-Randbedingungen erzwungen werden. Die zugrundeliegenden Gleichungen werden zunächst abstrakt hergeleitet, bevor verschiedene mechanische Systeme vorgestellt werden können, die mit der eingangs postulierten Formulierung übereinstimmen. Hierzu werden geometrisch exakte Theorien hergeleitet, welche in der Lage sind große Bewegungen schlanker Strukturen wie Seile und Balken, aber auch ganz allgemein, dreidimensionaler Festkörper zu beschreiben.
In der Regel werden Anfangs-Randwertprobleme, die in der nichtlinearen Strukturdynamik auftreten, durch Anwendung einer sequentiellen Diskretisierung in Raum und Zeit gelöst. Diese Verfahren basieren für gewöhnlich auf einer räumlichen Diskretisierung mit finiten Elementen, gefolgt von einer geeigneten zeitlichen Diskretisierung, welche meist auf finiten Differenzen beruht. Ein kurzer Überblick über derartige sequentielle Integrationsverfahren für das vorliegende Anfangs-Randwertproblem wird zunächst anhand der direkten Formulierung des Problems gegeben werden. D.h. es wird zunächst das reine Neumann-Randproblem betrachtet, bevor anschließend ganz allgemein, verschiedene Möglichkeiten zur Einbindung etwaiger Dirichlet-Randbedingungen diskutiert werden. Darauf aufbauend wird das Problem der inversen Dynamik im Kontext räumlich diskreter mechanischer Systeme, welche rheonom-holonomen Servo-Bindungen unterliegen, eingeführt. Eine ausführliche Untersuchung dieser Art von gebundenen Systemen soll die grundlegenden Unterschiede zwischen Servo-Bindungen und klassischen Kontakt-Bindungen herausarbeiten. Die daraus resultierenden Folgen für die Entwicklung geeigneter numerisch stabiler Integrationsverfahren können dabei ebenfalls angesprochen werden, bevor zahlreich ausgewählte Beispiele vorgestellt werden können.
Aufgrund der sehr eingeschränkten Anwendbarkeit der sequentiellen Lösung der inversen Dynamik in Raum und Zeit, wird eine eingehende Analyse des vorliegenden Anfangs-Randwertproblems unternommen. Vor allem durch die Freilegung der hyperbolischen Struktur der zugrundeliegenden partiellen Differentialgleichungen werden sich weitere Einblicke in das vorliegende Problem erhofft. Die Erforschung der daraus resultierenden Mechanismen der Wellenausbreitung in kontinuierlichen Strukturen öffnet die Tür zur Entwicklung numerisch stabiler Integrationsverfahren für die inverse Dynamik. So kann unter anderem eine Methode vorgestellt werden, die auf der Integration der partiellen Differentialgleichungen entlang charakteristischer Mannigfaltigkeiten beruht. Dies regt zu der Entwicklung neuartiger Galerkinverfahren an, die ebenfalls in dieser Arbeit vorgestellt werden können.
Diese neu entwickelten Methoden können anschlie\ss end auf die Steuerung verschiedener mechanischer Systeme angewendet werden. Darüber hinaus können die neuartigen Integrationsverfahren auch auf flexible Mehrkörpersysteme übertragen werden. Angeführt seien hier beispielsweise die kooperative Steuerung eines an mehreren flexiblen Seilen aufgehängten starren Körpers oder die Steuerung des Endeffektors eines flexiblen mehrgliedrigen Schwenkarms.
Ausgewählte numerische Beispiele verdeutlichen die Relevanz der hier vorgeschlagenen, in Raum und Zeit simultanen Integration des vorliegenden Anfangs-Randwertproblems
