姿态快速机动能力是当今卫星的一项关键技术，要求卫星在轨工作期间，在尽可能短的调整时间内完成从一种姿态到另一种姿态的转换过程。与初期的太空探测相比，当代卫星结构变得越来越复杂，除刚性主体部分外，还增加各种用途的挠性附件。本文针对挠性卫星姿态快速机动问题展开了深入的研究，并主要完成以下几方面的工作：针对相对惯性系的三轴机动情况，基于输入输出（I/O）反馈线性化和复合非线性反馈（CNF）方法设计了一种可以在指定时间点附近快速且无超调地完成大角度姿态机动的控制律：IO-CNF算法。首先对以四元数和模态坐标作为系统状态的姿态方程，基于反馈线性化方法，给出了一组新的同肧映射坐标系统；在新的坐标系统下，结合古典时域分析等方法，基于CNF的思想设计了针对阶跃响应的快速到位且无超调的控制算法，给出了所需参数的设计原则；最后将新坐标下的控制算法转化回原姿态模型力矩形式，并给出了零动态稳定即最小相位特性的证明，保证了该控制律设计的完整性。针对上一研究内容中的模态坐标难以测得的问题，设计了两种模态观测器（Ⅰ和Ⅱ），进而与IO-CNF算法相结合形成了两种新的姿态快速机动算法。对于模态观测器Ⅰ的设计，首先以星体角速度，模态坐标及其导数作为状态，控制力矩作为输入，角速度作为输出，建立了新的状态方程；针对这样一类输入输出同维的模型，按照一种基于不变集稳定的状态观测器设计方法，结合卫星模型，给出了一套完整的挠性卫星模态观测器参数设计原则和步骤。对于模态观测器Ⅱ的设计，在观测器Ⅰ的状态方程基础上，将与角速度分量有关的分方程中的所有与模态有关的各项的和化为一个非线性函数，并对该非线性函数进行估计，结合扩展状态观测器（ESO）的方法，给出了适用于挠性卫星姿态动力学方程的ESO形式，即观测器Ⅱ。两种观测器不仅具有较高的估计精度，而且与IO-CNF结合后，机动性能影响很小。针对存在较大干扰影响，且考虑力矩饱和、转动惯量拉偏、采样周期等实际因素，在给出具体姿态稳定和稳定度标准的前提下，对一类低轨卫星设计了相对轨道系的单轴大角度姿态快速机动算法。首先，在分析传统阶跃响应PD算法对转动惯量较敏感的基础上，给出了损失时间的概念以作为评价快速机动算法性能的标准；给出了一类跟踪最优轨线的PD控制算法，给出了其稳定性证明和最优轨线的计算公式，以及轨线设计的原则；并结合频域分析，通过考虑闭环干扰抑制传递函数的带宽和开环稳定裕度等因素给出了PD参数的设计原则；所提出的追踪最优轨线的方法不仅对转动惯量拉偏具有较好的鲁棒性，而且可以大大降低损失时间，提高机动速度和精度。其次，针对执行姿态机动任务过程中存在的较大干扰情况，结合鲁棒模型匹配（RMM）的思想设计了一类干扰补偿器，对星体一阶模态频率之前的频带范围内的干扰，具有明显的抑制效果。然后，针对RMM干扰补偿器设计过程中对一阶频率的需求，考虑到星体在轨期间模态参数会发生变化，设计了一种基于子空间辨识（subspace identification）算法的模态参数在轨辨识方法，通过得到星体的控制力矩和角速度信息，在较短的时间内，可以相对准确地辨识出星体前三阶模态参数。最后，在姿态机动期间存在较大干扰力矩的条件下，利用辨识出的一阶频率所设计出的RMM干扰补偿器与跟踪最优轨线PD控制算法结合后可以有效地减少机动损失时间。