航天科技的发展大大推进了人类对太空的探索。我国的载人航天工程已逐步迈入空间站阶段,深空探测业已实现了月球探测的“绕、落、回”,火星探测更是在稳步推进中。随着深空探测距离的拓展,燃料成为制约传统化学推进航天器发展的关键因素。于是,国内外学者们先后研究了电推进、核推进、激光推进、太阳帆推进、微推进等新的推进技术。其中,太阳帆推进航天器(以下统称为太阳帆)的工作原理是通过大尺寸高反射薄膜帆面反射太阳光从而获得持续的前进推力。它的优点在于无需燃料、能获得持续小推力和有效载荷比高,因此在深空探测领域有着很广的应用前景。2010年,日本IKAROS号太阳帆成功发射并首次加速飞掠金星,进一步推动了太阳帆的工程应用。针对我国太阳帆的研究现状与应用需求的分析可知,太阳帆动力学与控制是深空应用的理论基础,具有重要的研究价值。太阳帆不同于传统航天器,其大尺寸薄膜帆面使得太阳帆具有典型的柔性特征,在轨振动模态明显。其姿态动力学模型的刚柔耦合、非线性特征使得姿态控制难度较大。已有的姿态动力学研究多是基于假设其为刚性模型展开的,未考虑太阳帆的柔性特征。本文基于太阳帆刚柔耦合姿态动力学模型,设计了姿态鲁棒α-稳定控制器和抗饱和补偿器,实现了目标姿态角的镇定,抑制了柔性结构的振动,同时满足了输出的饱和约束。近些年,平动点轨道研究和应用方兴未艾。连续小推力航天器(如太阳帆、太阳电推进)平动点轨道动力学具有强耦合、非线性特征,加之深空环境的复杂性,对控制器的鲁棒性、可靠性以及抗干扰能力提出较高要求。已有的研究表明,基于脉冲控制很难实现高精度、长时间的平动点轨道保持与编队飞行。本文研究了太阳电推进连续小推力航天器平动点轨道动力学,设计了平动点轨道自抗扰保持与自抗扰编队飞行控制器,基于系统输入输出而非模型设计的自抗扰轨道保持和编队飞行控制器实现了动力学模型和扰动完全未知下的高精度平动点轨道保持和编队飞行控制。不同于太阳电推进的平动点轨道控制,太阳帆由于仅能通过调整帆面两姿态角和帆面反射率间接实现光压力三轴分量的控制,具有显著的非仿射姿轨耦合特征,非线性、强耦合特点也更加显著,轨道控制器设计难度更大。本文研究了太阳帆人工平动点轨道动力学,提出了太阳帆人工平动点轨道自抗扰保持控制器。该方法利用系统输入输出而非模型通过调节两姿态角输入和帆面反射率实现了较大初始入轨误差、扰动及动力学模型完全未知情况下的高精度人工平动点轨道保持控制,从本质上解决了现有轨控方法的鲁棒性差、抗干扰能力弱的问题。然而,由于太阳帆光压力与太阳帆姿态间存在着强约束关系,太阳帆无法获得太阳光入射反方向的光压力,同时天体遮蔽情况下也无法获得光压加速度。因此,太阳帆执行更加复杂的空间应用时面临着挑战。如利用太阳帆执行我国嫦娥四号地月L2点中继通信卫星任务,进入月掩时无法获得光压力,轨道失控的风险较大。混合太阳帆推进(以下简称为混合帆)是融合了太阳帆和太阳电推进,并兼具二者优点的新型推进方式。本文研究了混合帆人工平动点轨道保持与编队飞行控制,提出了混合太阳帆人工平动点轨道自抗扰保持与编队飞行控制器,解决了已有控制器对轨控模型精度的依赖问题,实现了模型未知情况下的高精度的人工平动点轨道保持与编队飞行控制。