本文针对成像卫星与低轨预警卫星对运动目标进行跟踪拍照的需求，对柔性卫星快速姿态机动与指向跟踪控制问题进行了研究，主要完成下面的内容：对适用于快速姿态机动与指向跟踪控制的执行机构进行研究，主要解决了SGCMG存在框架轴转速死区的问题，设计了两种避免死区的方法，分别设计了通过添加零运动避免框架轴转速死区的方法、飞轮与SGCMG组成混合执行机构避免框架轴转速死区的方法。针对卫星指向跟踪控制仅要求卫星某一轴指向目标点的特点，建立了卫星机动路径最短的目标坐标系，并且提出了适用于指向跟踪控制的新姿态参数，建立了基于该参数的运动学方程，该参数的提出能够为指向跟踪控制提供一种统一、简单的运动学模型，为后面的控制系统设计提供了保证。推导了跟踪控制的前馈参数，并分析了挠性附件对卫星姿态控制的影响。以卫星指向跟踪控制模型为基础，针对初始欧拉轴与初始角速度不重合的卫星姿态控制系统设计了递阶饱和PD控制器，针对实际控制系统给出了控制器参数选取的一般性方法。针对PD控制器存在带宽不能过大的限制，设计了递阶饱和滑模控制器，该控制算法对惯量拉偏有很轻的适应性。针对离散与延时对控制系统性能的影响，利用z变换方法分析了典型的二阶PD控制系统参数选取的制约，并给出了带宽设计的一般性公式，针对含有延时的PD控制系统，利用仿真得出了系统参数之间的制约关系。针对快变的离散控制系统，对预测控制器进行改进，并设计了单轴预测控制器，最后将其拓展到三轴姿态控制系统中。本文设计的连续与离散控制算法都没有直接对附件的振动进行抑制，针对该问题对输入成型方法进行改进，将其在理论上拓展到含有多个附件耦合的系统、闭环PD控制系统与初始状态不为零的系统。最后用PD跟踪控制器与输入成型控制相结合的方法，该PD跟踪控制器并没有直接对力矩限幅，而是通过对目标轨迹的规划来约束系统的输入，并且在初始角速度为零的前提下，通过对目标轨迹的成型能够在理论上完全消除附件的振动。