本论文重点研究作为IPACS执行机构的飞轮和VSCMG的控制律,同时讨论与IPACS相关的航天器姿态控制律以及一些IPACS在工程上的应用问题.首先建立了系统的动力学模型,包括飞轮和转子的动力学模型、VSCMG框架动力学模型以及航天器的姿态动力学模型.对使用飞轮的航天器设计了基于欧拉角的姿态稳定控制律;对使用VSCMG的航天器设计了基于四元数的姿态跟踪控制律.对惯量特性已知和未知两种不同情况,分别利用Lyapunov理论和自适应控制理论设计了全局渐近稳定的姿态跟踪控制律.论文重点研究了IPACS的控制律设计问题.对使用飞轮的IPACS,首先设计了两种力矩形式的飞轮控制律,分别利用投影矩阵方法和奇异值分解方法将飞轮组的控制力矩向量分解为相互正交的三部分,这三部分分别用于提供姿态控制力矩、以给定的功率储/放能以及完成轮速平衡.提出了飞轮功率平衡的问题并设计了相应的飞轮控制律,使得飞轮组能够同时完成姿控与储能,且各飞轮的功率与其设计值最接近.功率平衡可以有效地避免个别飞轮超负荷运转或飞轮设计功率过大导致的系统质量增大.文中分析了轮速平衡与功率平衡的关系,得出了系统兼具两种性能所应满足的条件.此外,还研究了一种基于动能反馈的储能功率规划方案,以维持系统的能量平衡.对使用VSCMG的IPACS研究了两种角速度控制律:双模式控制律和混合模式控制律.以CMG模式构型奇异度量为依据来分配CMG模式和RW模式的控制力矩,并同时考虑储能问题.构造了同时表征CMG构型奇异和转子轮速平衡性能的混合指标函数,通过梯度法实现了VSCMG的空转运动,使之同时完成CMG构型奇异的回避和转子的轮速平衡.此外还给出了一种VSCMG的角加速度控制律,可用于VSCMG框架的力矩控制.论文最后研究了IPACS的一些工程应用问题.结合几何方法得出了在能量密度、能量与角动量以及飞轮极限转速等约束下飞轮参数的设计条件.分析了飞轮的安装误差和转动惯量误差对姿态控制和储能的影响.给出了一种鲁棒控制律用以消除以上两种误差对姿态控制的影响,通过重新规划飞轮组储能功率来避免转动惯量误差带来的能量存储不足的问题.基于太阳同步轨道卫星的数值仿真结果证明了文中理论分析和设计结果的正确性和有效性.