在轨加注过程中的航天器姿态稳定控制是在轨加注过程得以顺利完成的重要保障。此时的航天器姿态模型不同于以往的姿态模型,由于加注过程中的航天器内部的液体传输,其模型参数具有较强的时变特性,这给航天器姿态控制系统的设计带来了困难。针对在轨加注过程中的航天器姿态控制问题,本文给出了完整有效的设计方案。论文主要包含以下几个方面的内容:首先,通过对航天器在轨加注过程的详细分析,在几点基本假设的基础上,给出了姿态动力学模型所需的转动惯量参数的有效计算方法。这种方法只包含推进剂流速一个变量,可以实现转动惯量的实时计算。通过数字仿真说明了在轨加注过程中的航天器相关参数对转动惯量变化的影响。进一步,建立了在轨加注过程中含时变转动惯量参数的航天器姿态动力学模型。其次,给出了在轨加注过程中姿态控制系统设计问题的状态空间模型。考虑到系统的鲁棒性要求,对在轨加注航天器的不确定性因素进行了分析。综合给定的姿态性能指标要求,我们将在轨加注中的航天器姿态控制归纳为一类线性时变系统的控制问题。进一步,针对该类线性时变系统,提出了一种新型的状态反馈镇定控制器设计方法。通过反馈,该控制器能将线性时变系统转化为稳定的线性定常闭环系统,并达到要求的控制性能。借助线性系统的特征结构配置参数化方法,给出了含有待求参数的镇定反馈控制器的解析形式。该镇定控制器的可解性判据即为未知参数应满足的一组约束条件。进一步,在满足可解性判据的基础上,进行了多目标优化设计,所求的时变控制器在保证系统稳定性的同时,具有期望的鲁棒性和干扰抑制能力。最后利用该方法对航天器在轨加注整个过程的姿态控制系统设计了满足性能指标要求的多目标鲁棒镇定控制器,并通过数字仿真试验验证了其有效性。