航天器编队在空间利用及空间任务执行中拥有巨大的潜在优势。随着航天器编队技术的不断发展,姿态协同控制由于其在合成孔径成像和空基干涉测量等编队任务中的重要作用而在近年来备受关注。如何在模型参数不确定性、外界干扰及星间通信延迟等不利因素下快速而有效的实现航天器编队的姿态协同成为亟待解决的难点之一。针对这个问题,本文深入研究了编队飞行航天器的姿态协同控制方法,主要包括以下几个方面的内容:　　针对刚体航天器编队飞行的姿态协同问题,提出基于Lyapunov方法和有限时间控制理论的姿态协同控制器。考虑到航天器模型的不确定性以及外干扰力矩的影响,设计基于Lyapunov方法的姿态协同控制器。针对快速机动任务,在快速滑模概念的基础上设计有限时间姿态协同控制器。为解决星间通信延迟和信息流图切换的问题,对控制器加以改进,使航天器能够在星间通信时延和信息流图切换的情况下实现有限时间姿态协同。考虑到符号函数会导致控制力矩的抖颤现象,设计连续的有限时间姿态协同控制器,并针对模型不确定性、外界干扰、通信时延和通信拓扑变换等不利因素,利用Lyapunov方法对所提出控制器的鲁棒性和有效性进行分析。由于姿态运动学与动力学方程可以转化成为应用范围更广、普遍意义更强的拉格朗日方程,基于多拉格朗日系统编队设计姿态协同控制律。当外界参考姿态信息为一般时变信号时,设计具有鲁棒性和抗干扰能力的有限时间姿态协同控制器,并进一步考虑通信延迟和编队通信拓扑结构变化,改进姿态协同控制器。　　当编队飞行航天器失去外界参考姿态信息时,提出自主编队飞行航天器的姿态协同控制方法。考虑到空间干扰力矩的影响,基于Lyapunov方法设计带有切换变量的姿态协同控制器,并针对干扰力矩为常值的情况,利用积分项代替切换函数项设计姿态协同控制器。通过对控制器中符号函数项的改进,使得控制信号得以连续,在解决控制力矩抖颤问题的同时保证了编队系统的渐进稳定性,并进一步通过Barbalat引理及推论,从理论上验证该方法在姿态测量误差以及星间通信延迟影响下编队系统的稳定性。考虑树状通信拓扑结构,在仅利用相对姿态信息的条件下设计姿态协同控制器。针对自主编队拉格朗日系统,设计基于平衡通信拓扑结构的姿态协同控制器,使其能够在更复杂的通信条件下实现姿态协同控制。对于有快速机动要求的编队系统,利用齐次函数性质和Lyapunov稳定性理论设计自主编队拉格朗日系统的有限时间姿态协同控制器。　　考虑编队中航天器带有挠性附件的情况,研究挠性航天器编队的姿态协同控制方法。当外界期望参考姿态为常值时,在干扰力矩的作用下,考虑星间通信拓扑结构的变化以及星间通信延迟对编队系统的影响,基于Lyapunov方法设计了鲁棒的姿态协同控制器。然后针对外界期望参考姿态为一般时变信号的情况,设计形式简洁的姿态协同控制器,并证明挠性附件振动模态的终值有界性,进而对编队航天器姿态的稳定性与收敛性进行分析。对于有快速机动要求的编队飞行任务,首先将系统动力学方程推导为更具代表性的拉格朗日方程形式,进一步基于终端滑模控制理论设计有限时间姿态协同控制器,并从理论上分析闭环系统的稳定性。