空间绳系系统是一种由多个航天器通过系绳连接而组成的新型空间飞行器。它因自身独特的结构形式而在空间研究、深空探测等领域具有重要的应用。伴随着空间技术发展,多种新型空间系绳应用设想被不断提出,空间绳系系统的形式与功能也逐渐变得多样化。因空间系绳以及太空环境的复杂性,空间绳系系统一直都是国内外研究的热点。本文在总结国内外研究的基础上,针对旋转三角形绳系卫星编队和空间绳系太阳能电站这两种具有复杂结构形式的空间绳系系统,进行动力学与控制方面相关的研究。本文主要内容包括以下几个部分:(1)基于Hill限制性三体问题模型并考虑编队系统质心运动与构型变化之间的耦合,建立平动点附近轨道自旋闭环三角形绳系卫星编队在重构过程中的动力学方程。通过合理假设采用可变长度的单向拉伸弹簧系绳模型,使其能充分反映系绳弹性、松弛以及闭环编队的构型变化。考虑编队的姿-轨耦合,使所建立的编队系统模型能够体现其展开与回收过程中构型变化与轨道运动之间的相互影响。(2)分析了日-地系统L2平动点附近Lyapunov平面周期轨道上的自旋三角形绳系卫星编队系统的动力学稳定性。通过时变的系统动力学方程进行数值仿真,并研究编队在展开与回收过程中的构型变化。通过对比采用不同编队参数的重构过程,分析编队的初始旋转速度、系绳长度变化速率以及编队尺寸变化幅度对系统重构过程的影响。针对编队在匀速展开结束时由于系绳释放速率的突然改变而出现的构型姿态误差,提出一种包含减速阶段的系绳释放曲线。(3)建立地球同步轨道空间绳系太阳能电站更为精确的动力学模型。此模型包含卫星平台和太阳能板的轨道运动、太阳能板在三维空间中的姿态运动、系绳的运动、变形以及长度改变。模型中的系绳采用连续系绳模型,包含系绳粘弹性及不可受压的特性。可以充分反映系绳的柔性、弹性变形,并表现其横向振动、轴向振动以及松弛等运动现象。系绳具有可变长度且在模型离散的过程中采用高阶连续的插值函数,能精确反映其在大位移运动情况下的几何非线性。对系绳的释放与回收过程,为数值求解制定相应的变自由度系绳的单元数量调整策略。(4)对地球同步轨道上的空间绳系太阳能电站,进行了在轨运行状态中的稳定性分析。利用数值仿真分析了空间绳系太阳能电站在不受外界扰动以及存在初始状态误差等情况中的动力学响应。研究不同方向上太阳能板初始姿态误差、系绳轴向振动以及系绳横向振动对空间绳系太阳能电站轨道运动、太阳能板姿态运动以及构型的影响。(5)根据空间绳系太阳能电站的动力学特性,提出一种新的太阳能板姿态的方法。当卫星平台与太阳能板位于平衡位置附近时,提出了一种包含限制条件的PD反馈控制,可在不影响系统轨道运动的前提下,控制系绳长度调节太阳能板的对地指向。并通过数值仿真验证了这些控制方法的可行性与有效性。