航天器编队飞行具有成本低、可靠性高、灵活性高等优点,在深空探测和地球监测等方面有着广泛的应用,是航天技术中的一个重要研究方向。分布式协同控制算法是实现编队飞行的核心技术和前提保障。本文采用旋转矩阵描述航天器姿态,利用一致性算法、基于行为的控制思想、有限时间控制策略和代数图论对航天器编队飞行的有限时间分布式姿态协同控制和有限时间分布式姿态轨道耦合协同控制进行了深入研究,主要内容如下:首先,研究了编队飞行航天器系统无外部扰动时的有限时间分布式姿态协同控制问题。在通信拓扑为无向图的条件下,利用齐次理论研究了全状态反馈有限时间分布式协同控制器;在此基础上引入滤波器,研究了无角速度反馈有限时间分布式协同控制器。通过严格的理论证明可以得出,上述两种协同控制器可以保证系统是几乎全局有限时间稳定的。针对航天器执行器存在饱和约束的情况,分别设计了抗饱和的全状态反馈有限时间分布式协同控制器和抗饱和的无角速度反馈有限时间分布式协同控制器。所提出的四种有限时间协同控制器只要求拓扑结构为无向图,没有其它附加要求。另外,控制器不包含转动惯量信息,对其具有鲁棒性。其次,在编队飞行航天器系统存在外部扰动、通信拓扑为连通的无向图的条件下,利用终端滑模和自适应控制研究了有限时间分布式姿态协同控制问题。针对系统外部扰动的上界已知和未知的两种情况,分别设计了鲁棒有限时间分布式协同控制器。由于控制器中包含所设计的特定终端滑模面,可以保证系统是几乎全局有限时间稳定的。针对航天器的执行机构存在输出饱和的情况,利用终端滑模、双曲正切函数和辅助系统,设计了抗饱和的有限时间分布式协同控制器。这三种控制器都不需要相邻编队成员的控制信息,成功地解决了代数环问题,并且降低了无线传输的额外负担。再次,在编队飞行航天器系统存在外部扰动,并且通信拓扑为有向图的条件下,利用终端滑模、反步法和自适应控制研究了有限时间分布式姿态协同控制问题。针对系统外部扰动的上界已知和未知的情况,利用终端滑模和自适应控制分别设计了有限时间协同控制器,然而,由于有向图约束的复杂性,此两种控制器没有解决代数环问题。进一步利用反步法、终端滑模和自适应控制分别设计了有限时间协同控制器,成功解决了代数环问题,并降低了无线传输的额外负担。最后,在通信拓扑为无向图的条件下,针对编队飞行航天器姿态轨道耦合系统,利用齐次性理论、滤波器、终端滑模和辅助系统,研究了有限时间分布式姿态轨道耦合协同控制问题。在系统无外部扰动时,利用齐次理论设计了全状态反馈有限时间分布式姿态轨道耦合协同控制器;在此基础上引入滤波器,设计了输出反馈有限时间分布式协同控制器。所提出的两种有限时间协同控制器只要求拓扑结构为无向图,没有其它附加要求。通过严格的理论证明可以得出,系统是几乎全局有限时间稳定的。另外,控制器不包含转动惯量信息,对其具有鲁棒性。在编队飞行航天器系统有外部扰动的条件下,利用终端滑模和辅助系统,分别设计了鲁棒的有限时间分布式姿态轨道耦合协同控制器和抗饱和的有限时间分布式姿态轨道耦合协同控制器,不仅解决了系统受外部扰动和执行器存在饱和时的协同控制问题,而且解决了代数环问题,降低了无线传输的额外负担。