随着航天技术的不断发展,空间航天系统的功能越来越强大,航天器的结构也越来越复杂。当航天器上某单一功能失效时,极有可能使得整个航天器系统失效,由于单个复杂航天器的造价极其昂贵,这势必造成极大的损失。在此背景下,由多个简单模块组成的模块化航天器系统应运而生,其飞行技术研究引起了世界各航天大国的重视。模块化航天器系统在深空探测、科学实验、对地勘测和军事领域等方面有巨大的意义。本学位论文在总结现有结果的基础上,考虑模块姿态和相对轨道的Lagrange模型,运动结合多智能体系统特别是多Lagrange系统协调控制方面的成果,从理论方面对模块化航天器系统的分布式协调控制进行深入的研究。论文的主要研究内容如下:首先在无向拓扑结构中研究了模块化航天器系统的分布式姿态同步控制问题,包括无参考信号的分布式姿态一致性、参考信号为固定姿态的分布式姿态调节以及参考信号时变的分布式姿态跟踪,分别针对全状态反馈和输出状态反馈提出了相应的控制算法。对无参考信号的一致性,设计的算法仅依赖于自身和相邻模块的信息,而对具有参考信号的分布式姿态调节和分布式姿态跟踪,假设仅有部分模块能获取参考信号的信息。对基于输出反馈的控制算法,设计了无源观测器对速度进行估计。在一般的有向拓扑结构中研究了模块化航天器系统的分布式姿态同步控制问题,同样包括无参考信号的分布式姿态一致性、参考信号为固定姿态的分布式姿态调节以及参考信号时变的分布式姿态跟踪,分别针对全状态反馈和无相对速度信息反馈两种情形提出了相应的控制算法。此外,还考虑了具有未知上界的有界干扰,并通过自适应增益的方法解决了干扰上界未知的难题。对全状态反馈的姿态同步控制问题,设计的算法仅依赖于自身和相邻模块的信息。而对无相对速度信息反馈的姿态同步控制算法,首先指出只要控制增益选得足够大,闭环系统将会是渐近稳定的。针对控制增益过大的问题,提出了基于自适应增益的控制算法,巧妙地解决的这一问题。在一般的有向拓扑结构中研究了模块化航天器系统相对轨道的分布式队形控制问题,根据各模块所用信息的多少,研究了以下三个方面的问题:全状态反馈的相对轨道队形控制、无需相对速度信息的相对轨道队形控制以及基于自适应增益的相对轨道队形控制。此外,针对航天任务中各模块有可能发生碰撞的问题,基于势能函数提出分布式控制算法,避免模块间的碰撞。与此同时,考虑在队形控制过程中各模块的相对位置会发生变化,为避免由此带来的破坏模块化航天器系统连通性的问题,在避免模块间发生碰撞的同时保持模块化航天器的连通性。