当今社会已进入信息革命时代，社会发展和人类进步的要求促使人们对航天技术特别是卫星技术的研究投入越来越多的精力。卫星技术是空间技术的核心，它广泛应用于经济、文化、国防建设等各个领域。为了更好地发展卫星技术，人们不断地寻求发展更好的理论方法。经过几十年的发展，卫星学已成为一门涵盖天体力学、数学、控制理论等多门学科的综合性交叉学科。 本文利用整体微分几何的方法研究了人造卫星的轨道控制和姿态控制问题。在轨道控制部分，研究的主要思想是从整体化的观点出发定义一种建立在Riemann流形上的非线性控制系统，将状态空间的几何结构与控制系统的状态方程建立直接的联系。在姿态控制部分，研究的主要思想是以整体微分几何方法为工具，以李群与李代数等数学理论为基础，从数学角度建立具有良好性能的数学模型，并设计出相应的控制方法。 对于人造卫星控制系统的研究，本论文的主要工作表现在以下几个方面： (1)基于整体微分几何理论推导出人造卫星轨道控制系统在几何约束下的整体化方程，展示了几何约束条件对人造卫星轨道控制系统的影响。并且讨论了具有几何约束的人造卫星轨道控制系统的平衡态与几何约束条件之间的关系。这些研究成果对于进一步研究人造卫星轨道控制系统的设计和实现提供了理论和工具。 (2)讨论了人造卫星姿态跟踪控制和位姿(即位置和姿态)跟踪控制问题。分别推导了人造卫星姿态控制系统的数学模型和人造卫星位姿控制系统的数学模型，并进行指数稳定跟踪控制设计，理论和仿真实验证明了所提供的设计方法是行之有效的。 (3)基于Chunlei．R，利用整体微分几何的相关理论推导了带有关节相连的附属物的人造卫星姿态—形状控制系统的数学模型，该模型的优点是易于采用简单有效的控制方法。针对该模型我们设计了PD+适应补偿控制器以实现轨迹跟踪控制。该控制策略的优点在于当初始误差较大时，PD反馈部分起主要作用，而非线性PD的采用又避免了过大初始力矩输出；当误差较小时，自适应控制器起主要作用，从而保证了系统具有良好的动态性能。另外该控制策略不需要求解惯性矩阵的逆或估计惯性矩阵的界，不需要测量加速度，而唯一需要了解的只是系统输出的位置及速度状态。