近距离航天器接近控制技术是空间在轨服务的基础和重要保障,针对复杂且多需求的空间任务,对进行空间服务的航天器设计可靠且精准的控制方法,以提高其在轨运行稳定性、服务适用性及任务收敛性是完成空间任务的先决条件。同时,控制系统的稳定性和安全性是近距离接近控制任务的前提和标准。本文考虑外部干扰、模型不确定性、状态信息不可测、输入饱和与安全约束等不同因素的影响,围绕航天器在近距离接近初始阶段和最终阶段的控制方法以及安全路径接近问题进行研究,主要研究内容如下:针对航天器近距离接近初始阶段跟踪控制问题,提出同时考虑外部干扰和模型参数不确定性的姿态和位置跟踪控制方法。其中,对于存在转动惯量不确定性且外部干扰力矩一阶导数为零的航天器姿态控制系统,利用反步法、非线性干扰观测器和积分终端滑模面设计姿态跟踪控制器。考虑在实际任务中存在角速度无法测量的情况,利用扩展状态观测器、增益自适应控制方法和积分终端滑模面设计控制器;同时,对于存在有界系统不确定性的航天器位置控制系统,利用非奇异快速终端滑模面与滤波器相互结合,设计位置跟踪控制器。对于线速度无法测量和引入一阶滤波器而出现的抖振现象,基于系统不确定性线性观测器设计位置跟踪控制器。Lyapunov稳定性理论证明所设计控制器的稳定性并通过仿真分析验证了在所设计控制器的作用下能够实现对目标航天器姿态与位置的跟踪控制。针对航天器近距离接近最终段位姿耦合控制问题,提出同时考虑外部干扰和模型不确定性的有限时间控制方法。其中,对于仅存在外部干扰且其一阶导数上界已知的情况,利用超螺旋干扰观测器对其进行估计,并基于非奇异快速终端滑模面设计有限时间稳定的位姿耦合控制器;对于系统中仅存在模型不确定性且无法获取其先验信息的情况,利用RBF神经网络对系统中非线性不确定性部分进行估计,设计自适应有限时间控制器;进一步,考虑系统中同时出现外部干扰和模型不确定性的情况,利用降维干扰观测器和自适应控制方法,与积分快速终端滑模面结合,设计改进的有限时间位姿耦合控制器。Lyapunov稳定性理论证明所设计控制器的稳定性并通过仿真分析验证了在所设计控制器的作用下能够保证位姿耦合控制系统获得较快的系统收敛时间。针对航天器近距离安全路径接近及协同跟踪控制问题,提出了安全接近自适应控制方法和多服务航天器安全协同跟踪控制方法。建立了不需要轨道六要素的相对运动数学模型,其中对于存在系统不确定性和输入饱和的相对姿态控制系统,基于相对姿态约束势函数,利用辅助系统、改进型RBF神经网络方法与反步法共同设计了安全接近自适应相对姿态控制器。考虑相对位置控制系统中存在系统不确定性的情况,结合相对位置约束势函数与滑模控制方法,设计了安全接近自适应相对位置控制器;对于接近最终段系统中存在的姿态-位置耦合现象,进一步建立六自由度耦合相对运动模型,考虑同时存在状态受限、输入饱和和模型参数不确定性的情况,利用抗饱和补偿系统和正切型界限Lyapunov函数设计了自适应有限时间控制器。进一步由单一服务航天器相对运动问题扩展到多服务航天器协同运动问题,考虑系统中存在通信时延和模型参数不确定性的情况,利用滑模控制理论和自适应控制方法与安全约束避碰势函数相互结合,针对出现静态障碍物和动态障碍物时,分别设计了自适应安全协同运动控制器。Lyapunov稳定性理论证明所设计控制器的稳定性并通过仿真验证了服务航天器在所设计的控制器和路径约束势函数共同的作用下,能够保证其安全有效地接近目标航天器,同时可以在有限时间完成近距离安全接近任务。