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空间三体绳系卫星系统一般由一个主星和两个子星通过系绳串联组成，该系统可应用于诸多空间任务，如：人造微重力环境、能量或物资传输、空间观测、干涉测量等。在其应用过程中，轨道偏心率、科氏力以及其它外界干扰的影响会使子星相对主星产生摆动。这不仅会对系统的稳定性产生负面影响，甚至会导致系绳的缠绕和断裂，不利于系统运行。因此，如何对系统摆动进行抑制是空间三体绳系卫星系统研究的重点。针对该问题，本文着重对椭圆轨道空间三体绳系卫星系统和以局部空间电梯为应用背景的空间三体绳系卫星系统的摆动抑制方法进行研究，主要研究内容和成果如下：
(1)建立通用动力学模型。
为了研究空间三体绳系卫星系统的摆动抑制问题，并且考虑到未来对空间三体绳系卫星系统以及包括更多子星个数的空间N体绳系卫星系统的拓展研究(N为大于2的整数)，需要建立空间N体绳系卫星系统的通用动力学模型。目前，对空间绳系卫星系统的建模多采用拉格朗日法，尽管该方法简单有效，但基于该方法推导的子星数量不定的空间N体绳系卫星系统动力学模型其形式不够直观。因此，本文采用牛顿动力学公式推导并建立了空间N体绳系卫星系统通用动力学模型。该模型不仅涵盖了本文研究对象的动力学模型，还可描述主星沿无扰开普勒轨道运行的任意空间多体绳系卫星系统的三维空间动力学。
(2)研究以空间观测为应用背景的椭圆轨道空间三体绳系卫星系统摆动抑制问题。
1)针对以子星推力器作为控制执行机构的椭圆轨道空间三体绳系卫星系统摆动抑制问题，现有的研究控制输入幅值过大，不利于工程实现。为此，本文通过动力学分析，提出了一种基于追踪时变解的控制策略，实现了对椭圆轨道空间三体绳系卫星系统的有限推力稳定控制。首先，基于通用动力学模型，推导了系统以真近点角为自变量的动力学方程。然后，利用该方程，对系统在真近点角域的运动特性进行分析，得到了系统摆角在椭圆轨道上的一类时变解。提出了对该时变解进行追踪的控制策略，设计相应的滑模控制律，并进行了算例仿真。仿真结果表明，所提出的控制策略能以有限推力幅值对系统在椭圆轨道上(包括较大偏心率的情况)的摆动进行有效抑制。与已有的研究相比，该策略所需要的控制推力更小。
2)针对不使用推力器的椭圆轨道空间三体绳系卫星系统的摆动抑制问题，目前，尚没有文献专门对其进行研究。本文提出基于收放系绳的控制方法和对摆角周期解进行追踪的控制策略，在仅消耗电能而不消耗子星工质的情况下对系统摆动进行抑制。首先，基于通用动力学模型推得系绳可收放的椭圆轨道空间三体绳系卫星系统动力学方程。然后，通过分析该方程，得到了摆角等于其周期解时所需的系绳收放速度方程。接下来，推导系统摆角正弦变化时使系绳收放长度变化幅度最小的周期解设计参数。以追踪摆角周期解为控制策略，设计滑模控制律对系统的摆动进行抑制。最后，通过数值仿真，验证了所提出的控制方法与策略对摆动抑制的有效性。
(3)研究了以局部空间电梯为应用背景的空间三体绳系卫星系统在中端体沿系绳移动过程中的摆动抑制问题。该类系统结构形式为：“主星-中端体(电梯舱)-下端体”，依次沿重力梯度方向排列；中端体可沿系绳在主星和下端体之间移动。系统的控制方式通常为调节系绳张力或收放速度。
1)针对在中端体沿系绳移动过程中由于科氏力所造成的系统摆动抑制问题，现有的控制策略必须通过改变中端体沿系绳移动速度来对摆动进行抑制，其抑制效果不理想，且无法使中端体以恒定速度沿系绳移动。本文首次提出一种基于控制收放下端体(即，下端体沿系绳的移动)的张力控制策略，实现了中端体沿系绳移动过程中系统的摆动抑制。基于该控制策略，采用滑模控制方法设计控制律以验证其有效性。数值仿真结果表明，应用新的控制策略能够对中端体沿系绳移动过程中的摆动进行有效抑制。该控制策略的提出为解决以局部空间电梯为应用背景的空间三体绳系卫星系统摆动抑制问题提供了新的思路。此外，当采用该控制策略时，中端体沿系绳的移动速度既可以是恒定的也可以是变化的，这使系统的运行模式更加灵活多样。
2)针对空间三体绳系卫星系统在中端体沿系绳移动过程中的摆动抑制问题，提出了“并行分段最优状态轨迹生成/追踪”控制方法，使系统更容易满足任务约束。该方法将整个任务流程离散为多个子段，在系统执行当前子段最优状态轨迹追踪控制的同时，计算(生成)下一个子段的最优状态轨迹。为了验证控制方法的有效性，分别对中端体以恒定速度和可变速度沿系绳移动的算例进行了仿真。仿真结果显示，应用本文所提出的控制方法并结合收放下端体的控制策略，可以在满足任务约束的前提下对空间三体绳系卫星系统在中端体沿系绳移动过程中的摆动进行有效的抑制。此外，该控制方法还能对中端体和下端体沿系绳的移动速度进行协同控制，从而在抑制摆动的同时有效缩短任务周期。相比已有的方法，“并行分段最优状态轨迹生成/追踪”控制方法不仅可实现对空间三体绳系卫星系统在中端体沿系绳移动过程中的闭环控制，还能充分的利用多核计算机的并行计算功能，提升计算效率。
3)针对系统的全状态稳定问题，现有的研究只针对空间三体绳系卫星系统在中端体沿系绳移动过程中的摆动进行抑制，在任务结束时，系统并未完全处于静平衡状态(全状态稳定)。这种情况不利于系统的稳定和任务结束后的中端体回收。为此，本文将系绳的收放速度作为控制输入，对中端体沿系绳的移动速度和下端体沿系绳的收放速度进行协同控制，实现了系统的全状态稳定。首先，提出了以系绳收放速度代替系绳张力作为输入的控制方法，并推导了可表征系统总绳长变化的动力学模型。然后，在此基础上，采用同时调节中端体沿系绳移动速度与下端体沿系绳收放速度的控制策略，进行了算例仿真，以验证所提出控制方法的有效性。仿真结果显示，采用新的控制方法可使空间三体绳系卫星系统中包括摆角、摆动角速度和系绳收放速度在内的状态量在中端体沿系绳移动任务结束时收敛于零，从而实现系统的全状态稳定。
(1)建立通用动力学模型。
为了研究空间三体绳系卫星系统的摆动抑制问题，并且考虑到未来对空间三体绳系卫星系统以及包括更多子星个数的空间N体绳系卫星系统的拓展研究(N为大于2的整数)，需要建立空间N体绳系卫星系统的通用动力学模型。目前，对空间绳系卫星系统的建模多采用拉格朗日法，尽管该方法简单有效，但基于该方法推导的子星数量不定的空间N体绳系卫星系统动力学模型其形式不够直观。因此，本文采用牛顿动力学公式推导并建立了空间N体绳系卫星系统通用动力学模型。该模型不仅涵盖了本文研究对象的动力学模型，还可描述主星沿无扰开普勒轨道运行的任意空间多体绳系卫星系统的三维空间动力学。
(2)研究以空间观测为应用背景的椭圆轨道空间三体绳系卫星系统摆动抑制问题。
1)针对以子星推力器作为控制执行机构的椭圆轨道空间三体绳系卫星系统摆动抑制问题，现有的研究控制输入幅值过大，不利于工程实现。为此，本文通过动力学分析，提出了一种基于追踪时变解的控制策略，实现了对椭圆轨道空间三体绳系卫星系统的有限推力稳定控制。首先，基于通用动力学模型，推导了系统以真近点角为自变量的动力学方程。然后，利用该方程，对系统在真近点角域的运动特性进行分析，得到了系统摆角在椭圆轨道上的一类时变解。提出了对该时变解进行追踪的控制策略，设计相应的滑模控制律，并进行了算例仿真。仿真结果表明，所提出的控制策略能以有限推力幅值对系统在椭圆轨道上(包括较大偏心率的情况)的摆动进行有效抑制。与已有的研究相比，该策略所需要的控制推力更小。
2)针对不使用推力器的椭圆轨道空间三体绳系卫星系统的摆动抑制问题，目前，尚没有文献专门对其进行研究。本文提出基于收放系绳的控制方法和对摆角周期解进行追踪的控制策略，在仅消耗电能而不消耗子星工质的情况下对系统摆动进行抑制。首先，基于通用动力学模型推得系绳可收放的椭圆轨道空间三体绳系卫星系统动力学方程。然后，通过分析该方程，得到了摆角等于其周期解时所需的系绳收放速度方程。接下来，推导系统摆角正弦变化时使系绳收放长度变化幅度最小的周期解设计参数。以追踪摆角周期解为控制策略，设计滑模控制律对系统的摆动进行抑制。最后，通过数值仿真，验证了所提出的控制方法与策略对摆动抑制的有效性。
(3)研究了以局部空间电梯为应用背景的空间三体绳系卫星系统在中端体沿系绳移动过程中的摆动抑制问题。该类系统结构形式为：“主星-中端体(电梯舱)-下端体”，依次沿重力梯度方向排列；中端体可沿系绳在主星和下端体之间移动。系统的控制方式通常为调节系绳张力或收放速度。
1)针对在中端体沿系绳移动过程中由于科氏力所造成的系统摆动抑制问题，现有的控制策略必须通过改变中端体沿系绳移动速度来对摆动进行抑制，其抑制效果不理想，且无法使中端体以恒定速度沿系绳移动。本文首次提出一种基于控制收放下端体(即，下端体沿系绳的移动)的张力控制策略，实现了中端体沿系绳移动过程中系统的摆动抑制。基于该控制策略，采用滑模控制方法设计控制律以验证其有效性。数值仿真结果表明，应用新的控制策略能够对中端体沿系绳移动过程中的摆动进行有效抑制。该控制策略的提出为解决以局部空间电梯为应用背景的空间三体绳系卫星系统摆动抑制问题提供了新的思路。此外，当采用该控制策略时，中端体沿系绳的移动速度既可以是恒定的也可以是变化的，这使系统的运行模式更加灵活多样。
2)针对空间三体绳系卫星系统在中端体沿系绳移动过程中的摆动抑制问题，提出了“并行分段最优状态轨迹生成/追踪”控制方法，使系统更容易满足任务约束。该方法将整个任务流程离散为多个子段，在系统执行当前子段最优状态轨迹追踪控制的同时，计算(生成)下一个子段的最优状态轨迹。为了验证控制方法的有效性，分别对中端体以恒定速度和可变速度沿系绳移动的算例进行了仿真。仿真结果显示，应用本文所提出的控制方法并结合收放下端体的控制策略，可以在满足任务约束的前提下对空间三体绳系卫星系统在中端体沿系绳移动过程中的摆动进行有效的抑制。此外，该控制方法还能对中端体和下端体沿系绳的移动速度进行协同控制，从而在抑制摆动的同时有效缩短任务周期。相比已有的方法，“并行分段最优状态轨迹生成/追踪”控制方法不仅可实现对空间三体绳系卫星系统在中端体沿系绳移动过程中的闭环控制，还能充分的利用多核计算机的并行计算功能，提升计算效率。
3)针对系统的全状态稳定问题，现有的研究只针对空间三体绳系卫星系统在中端体沿系绳移动过程中的摆动进行抑制，在任务结束时，系统并未完全处于静平衡状态(全状态稳定)。这种情况不利于系统的稳定和任务结束后的中端体回收。为此，本文将系绳的收放速度作为控制输入，对中端体沿系绳的移动速度和下端体沿系绳的收放速度进行协同控制，实现了系统的全状态稳定。首先，提出了以系绳收放速度代替系绳张力作为输入的控制方法，并推导了可表征系统总绳长变化的动力学模型。然后，在此基础上，采用同时调节中端体沿系绳移动速度与下端体沿系绳收放速度的控制策略，进行了算例仿真，以验证所提出控制方法的有效性。仿真结果显示，采用新的控制方法可使空间三体绳系卫星系统中包括摆角、摆动角速度和系绳收放速度在内的状态量在中端体沿系绳移动任务结束时收敛于零，从而实现系统的全状态稳定。