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由于航天器系统对于可靠性和安全性有着极高的要求，因此提高航天器系统的可靠性有着非常重要的意义。本文主要从控制策略上对欠驱动刚体航天器的姿态控制问题进行研究以提高航天器系统的可靠性。该方法不仅可以减少系统的质量、体积和成本，而且是对硬件冗余的备份，进一步提高系统的可靠性。因此，研究欠驱动航天器的姿态控制问题对于提高整个控制系统的可靠性和延长航天器的使用寿命有着重要的意义。本文以欠驱动航天器的姿态控制问题为研究对象，在深入研究和分析了国内外关于欠驱动航天器姿态控制问题研究成果的基础上，对欠驱动航天器的姿态控制问题进行了系统的研究，主要研究内容分为如下三个方面： ⑴对欠驱动航天器系统特性进行了详尽的分析。欠驱动航天器系统是一类非线性的非完整系统，对其系统特性的分析有助于深入理解欠驱动航天器系统的本质，同时可以为控制律的设计提供理论依据。本文针对欠驱动航天器系统的欠驱动特性、非完整特性、平衡点特性、可接近性和可控性等进行了研究，并给出了详细的证明。 ⑵针对欠驱动航天器姿态镇定控制问题进行了研究。由于欠驱动航天器不能通过连续可微的或时不变的状态反馈控制律实现镇定，因此本文主要研究非连续的和时变的反馈镇定控制律。针对欠航天器的欠驱动轴是否为惯性对称轴，分为两种情况进行研究。对于欠驱动轴为惯性对称轴的情况，在欠驱动轴初始角速度为零的假设条件下，分别基于不变流形技术和σ处理方法，设计了两种非连续的反馈镇定控制律，并利用Lyapunov稳定性理论对控制器的稳定性进行了分析。重点研究了非轴对称欠驱动航天器的姿态镇定控制问题。本文基于齐次系统方法、平均化理论以及Lyapunov稳定性理论，为欠驱动航天器设计了时变的反馈镇定控制律，实现了欠驱动航天器姿态的指数收敛。理论分析和数值仿真结果表明了所提控制策略的有效性。 ⑶针对单轴飞轮失效时航天器姿态跟踪控制问题进行了研究。航天器的姿态跟踪问题是航天器姿态控制中的一个重要问题，在编队飞行、空间观测和交会对接等航天任务中有着广泛的应用。由于反作用飞轮和磁力矩器在现代微小型航天器上的广泛应用，因此针对单轴反作用飞轮失效问题，提出利用反作用飞轮和磁力矩器联合控制策略。首先基于领航者-跟随者方法和误差四元数建立航天器姿态跟踪模型；在此基础上利用退步控制技术和Lyapunov稳定性理论为系统设计了全局渐近稳定的状态反馈控制律，理论分析和数值仿真结果表明了所提控制策略的有效性。