为了提高皮纳卫星执行空间任务的能力，本文从卫星姿态控制系统出发，分别对卫星的敏感器（静态红外地球敏感器）、执行器（反作用轮组）、星载干扰（轮组振动）和控制器（自适应力矩分配抖动控制算法）进行了设计和改进。其中，静态红外地球敏感器的姿态确定精度是皮纳卫星准确控制的前提;强机动能力反作用轮组的力矩范围决定着皮纳卫星的姿态响应速度;轮组的振动是影响皮纳卫星的光学观测和姿态稳定的最主要因素;控制器的设计能够直接影响皮纳卫星的姿态控制结果。本文研究内容及成果如下:　　(1)针对静态红外地球敏感器的全景鱼眼成像特点，以单张红外成像为研究对象建立成像模型，提出了间隔向量积与t位置尺度(t Location-Scale)分布置信区间均值结合的算法。相比于原算法，目标姿态角在±10度内的标准差由0.06度下降为0.03度。另外为避免迭代收敛的耗时问题，给出了工程查表法，使运算速度提高了87％，提升了静态红外地球敏感器的测量精度和效率。　　(2)详细分析了反作用轮组的振动特性，建立了轮组的振动模型，并将刚体的全耦合振动模型代入到皮纳卫星的姿态控制回路中，仿真分析了反作用轮组的振动对于浙江大学ZDPS-2卫星姿态的影响。针对反作用轮组的振动干扰，提出了一种自适应力矩分配抖动控制逻辑。在每一次控制执行之前进行预判，根据每个反作用飞轮的当前转速调整目标控制力矩的分配，以便将轮速限制在合理的范围内，从而减少轮组抖动干扰，与PD控制器或SMC控制器结合能够显著提高皮纳卫星的姿态控制精度。　　(3)为满足皮纳卫星执行任务时的控制力矩需求，在原反作用轮组的基础上改进设计了一套可提供强机动能力的反作用轮组，将反作用轮组的控制力矩提升了5倍。　　综上所述，本研究面向高控制精度皮纳卫星的姿态控制系统，对静态红外地球敏感器的地球角度测量算法进行了改进，分析星载轮组振动并采用自适应力矩分配控制算法来消除其不良影响，并最终研制强机动能力的反作用轮组。这些工作对优化皮纳卫星姿态确定精度，提升卫星机动能力，改善皮纳卫星控制精度提供了可行的方案，具有现实的参考和借鉴价值。