随着科技的进步,卫星控制技术得到了非常迅速的发展。飞行过程中的卫星往往具有多任务的特点,此外,太空环境的特殊性也对卫星的功能要求较高,此时对卫星的控制精度,以及对卫星闭环姿态控制系统的稳定性的要求极其严格,因此对于卫星姿控系统的研究设计是一项很有挑战性的课题,更是一项很有意义的课题。本文主要把卫星的非线性姿态控制系统作为研究的对象,对于具有未知外部干扰和执行器故障的卫星姿态系统来说,首先,给出了具有执行器故障的非线性卫星姿态动力学模型,然后,根据国内外最新的研究方法,抓住目前卫星姿态控制系统研究中亟待解决的问题,以自适应控制理论和反演控制技术作为基础,设计出合适的容错控制策略,以保证故障情况下系统能满足闭环稳定以及基本的性能指标的要求,最后,根据仿真的结果来观察所提出的容错控制方法,看卫星的姿态控制系统在执行器发生故障的情形下是否有效。这就为解决卫星姿态控制系统的容错控制问题而提供了重要的理论依据。接下来将主要介绍以下三个方面的研究内容:第一,对于卫星姿态系统的被动容错控制问题,这种含有未知的外部干扰以及执行器故障的卫星姿态控制系统。首先,给出了具有执行器故障的非线性卫星姿态动力学模型。然后,在反演控制的方法下,设计了一个具有自适应调节增益的PI控制器,旨在对于不确定和干扰都有界的情况下提供更好的鲁棒性,其性能显著地优于传统的PI控制器。最后,仿真结果表明了所提出的容错控制方法在受执行器故障影响的卫星姿态控制系统中的有效性。第二,对于执行器含有混合故障的卫星姿态控制系统,提出了一种基于迭代学习观测器的容错姿态跟踪控制方案。首先,给出了非线性卫星姿态控制系统的模型以及混合执行器故障的模型。接下来,针对故障卫星姿态系统设计迭代学习观测器,以获得由混合执行器故障产生的未知输入的估计。在此基础上,采用反演控制技术设计了容错姿态跟踪控制器,保证了卫星闭环姿态系统的稳定性。最后,仿真结果表明了所提出的容错控制方法在受执行器故障影响的卫星姿态控制系统中的有效性。第三,提出了一种主动容错姿态控制方案,并应用于卫星姿态系统中。所提出的方案解决了在存在严重的执行器故障和外部干扰的情况下容错控制器设计的问题。首先,给出了含有执行器故障的非线性卫星姿态动力学模型。之后,设计出了用于故障诊断的观测器。接下来,设计了基于反演控制的容错控制律。最后,能够证明了所提出的设计方法是有效的,它能够保证闭环系统的所有信号最终一致有界,并且通过仿真结果能够验证所提出的容错控制方法在受执行器故障影响的卫星姿态控制系统中的有效性。