在日趋频繁的太空探索中,卫星失效在所难免。这些越来越多的废弃卫星占据着宝贵的轨道资源,也极易与航天器发生碰撞,产生更多的空间碎片。因此,如何安全有效地移除废弃卫星已成为了研究热点。在诸多的移除方案中,绳系拖曳移除技术因其灵活性和安全性而备受瞩目。在拖曳移除中,如何防止两端航天器的碰撞、防止系绳与失效卫星的缠绕和抑制系绳的摆动是绳系系统的三大挑战。针对这三个问题,本文主要进行了如下研究:(1)为探究平台推力对系统动力学的影响,建立了综合考虑平台轨道、两端航天器姿态、相对运动和系绳柔性与弹性的绳系拖曳模型。动力学仿真和快速傅里叶变换表明,推力的大小和方向的切变会激发系绳的“摆动”、“反弹”以及卫星的“尾摆”,且它们间存在耦合现象,必须在后续的控制中全部予以抑制。(2)为防止由“反弹”引起的“碰撞”,提出了利用卷轴机构的系绳张力控制。其中,使用卡尔曼滤波和递推最小二乘法辨识估计不可测的质心距和未知的卫星质量,并采用名义鲁棒模型预测控制获得受限的最优收放速率。这使得张力能实现阶跃跟踪,且能稳定质心距。(3)为防止由“尾摆”引起的“缠绕”,考虑到稳定的张力利于防“碰撞”,提出了利用绳系机械臂改变张力力臂的卫星姿态接管控制。针对该输入受限的受扰欠驱动系统,基于分层滑模控制理论,设计带有抗饱和模块的欠驱动姿态控制力矩,并应用超扭滑模估计挠性振动。该方法能使卫星转动到平衡姿态附近,并有小幅稳态振荡,但机械臂的运动会导致系绳的“摆动”。(4)为简化绳系机械臂的结构并避免上述的“摆动”,提出利用绳系伸缩杆的卫星姿态接管控制。伸缩杆的长度受限在原输入受限欠驱动系统上又引入了状态约束。为此,将名义鲁棒模型预测控制与新型聚合分层滑模控制相结合,并设计神经网络干扰辨识器。在最优伸缩速率控制下,卫星能在抓捕不确定的情况下转动到期望平衡姿态。(5)为抑制系绳的“摆动”和跟踪期望平台轨道,由于系绳张力已用于防“碰撞”和防“缠绕”,提出利用平台姿态机动的系绳摆动抑制方法。针对非仿射系统的欠驱动控制问题,采用双环控制结构。外环使用扩展卡尔曼滤波估计系统状态,并采用高阶分层滑模控制和超扭滑模观测器设计期望角速度;内环应用名义鲁棒模型预测控制获得最优姿态控制力矩以实现角速度跟踪。仿真表明,系绳摆角能转动到平衡位置,却以牺牲轨道跟踪性能为代价,且为维持抑制效果,平台需在平衡姿态附近摇摆。