随着人类发射航天器的数量急剧增长,在轨失效的航天器也随之不断增多。这些失效航天器大部分可看作非合作目标,即地面无法直接对它们进行控制操作,如果任由这些失效航天器在太空中继续漂浮会严重威胁正常运行卫星的安全。针对失效航天器进行在轨维修,延续其在轨运行寿命,对有效利用太空资源、降低太空威胁等级具有极其重要的意义。本文采用多颗微纳卫星作为服务星,围绕着多颗微纳卫星捕获失效航天器形成组合体后姿态接管控制这一任务背景,主要研究了组合体转动惯量在线辨识、组合体高层姿态接管控制器设计以及多微纳卫星控制力矩分配问题。主要工作如下:研究了组合体转动惯量在线辨识方法。首先,基于动量矩守恒构建组合体的动力学方程,推导出以组合体转动惯量为待辨识量的观测方程。其次,考虑到传统的最小二乘法计算效率低,且在求解伪逆时易出现奇异问题,采用递推最小二乘法对组合体的转动惯量进行在线辨识。然后,为了避免出现数据饱和问题,引入固定遗忘因子减弱前期观测数据对后续辨识的影响。为了同时满足收敛速度快以及抗外界扰动鲁棒性强的要求,引入了Mamdani模糊算法根据评价函数残差及其变化率自适应调整遗忘因子。仿真算例证明自适应最小二乘法具有辨识精度高、收敛速度快的优点,且对外部扰动有较高的鲁棒性。研究了组合体高层姿态接管控制器设计。首先,建立组合体的运动学和动力学方程,得到组合体状态方程。其次,考虑参数不确定性和未知的外部扰动,设计了引入补偿矩阵的终端滑模控制器,消除四元数稳态误差,实现了四元数和角速度同步追踪。随后,为了有效抵消转动惯量不确定量和外部未知扰动对系统的影响,引入了自适应律在线更新扰动上限,设计了引入补偿矩阵的自适应终端滑模控制器。仿真算例证明引入补偿矩阵的自适应终端滑模控制器可同时实现四元数和角速度的收敛,有效抵消外部未知扰动和参数不确定性对系统稳定性的干扰,降低控制律对自定义边界函数的依赖性,提高算法的鲁棒性。研究了多微纳卫星控制力矩分配方法。首先,以比例系数为优化变量建立目标函数,一方面要求各微纳卫星的实际比例系数之和与组合体期望比例系数差值最小,另一方面期望各微纳卫星总能量消耗最小。其次,构建约束函数,等式约束定义期望比例系数与多微纳卫星实际比例系数之和的误差值,不等式约束确保各微纳卫星的实际控制力矩满足上限的要求。然后,采取有效集法实现多微纳卫星控制力矩的分配。与以控制力矩为优化变量的分配方法相比,比例系数法优化变量少,大大降低了计算压力,在控制力矩阈值较宽裕的情况下,各微纳卫星的实际输出力矩可直接由期望控制力矩平均分配得到。最后,为了兼顾分配精度与计算效率,将比例系数平均分配法与以控制力矩为优化变量的二次规划法相融合,仿真算例表明其分配精度得到了显著提高,计算时间减少了一半。论文研究工作对多输入多输出系统的在线参数辨识、控制器设计以及控制力矩分配具有重要参考价值,为多微纳卫星在轨捕获失效航天器后的组合体姿态接管控制问题提供理论指导。