随着航天任务的越来越复杂,卫星朝着大尺寸的方向发展,而受火箭运载能力的约束,要求其满足轻质量特性,这就使卫星带有大型挠性结构。本文以大型桁架式卫星为研究对象,对其大惯量、低频模态密集特性导致在动力学建模和主动振动控制应用时表现出不同于典型挠性卫星的特点,从动力学建模、有限元分析,到挠性结构主动振动控制中作动器/传感器位置优化、抑制高阶模态溢出,以及路径规划和多时间尺度控制等多角度进行了研究,实现了对大型桁架式卫星的高精度姿态机动控制。由于大型桁架式卫星的大惯量特性,其负载端存在惯性耦合。因此分布质量下的平动、转动耦合系数计算方法与常用的集中质量有限元法不同,在此基础上推导了刚-柔耦合动力学方程,并计算了非约束模态频率,与有限元软件进行了对比。针对大型桁架式卫星刚度低、模态密集的特征,对其施加主动振动控制,以提高姿态控制精度。由于其观测溢出现象较典型的挠性卫星更为严重。首先从数学模型的角度说明了高阶溢出产生的原因,然后分别从作动器/传感器位置优化、模态观测器、主动振动控制器的角度针对抑制高阶模态溢出进行设计。将有效模态质量引入到优化准则中,提出了减弱模态溢出的改进优化准则;对卡尔曼模态观测器进行改造,抑制了观测溢出现象;在主动振动控制器中引入了自适应增益,采用改进的滑模独立模态空间控制器减弱了溢出对控制器性能的影响。针对大型桁架式卫星姿态机动时,未规划路径会导致角加速度突变激发挠性结构振动的问题,采用正弦型和五次多项式型路径规划方法,抑制了挠性结构振动;其次,将主动振动控制和姿态机动控制结合,利用奇异摄动理论将原高阶系统分解为快、慢两个的低阶子系统并分别设计控制器。通过仿真验证了其设计的合理性以及具有的良好姿态控制精度和振动抑制效果。