为了满足日益增长的空间任务的需要,现代大型卫星一般由中心刚体与天线、太阳能帆板以及机械悬臂等柔性附件组成,航天器的结构日趋复杂,控制性能需求亦随之增长。航天器要完成长时间、复杂的飞行任务,就需要携带很多的液体燃料,液体的晃动频率容易和航天器结构振动的频率或控制系统的频率耦合,继而影响航天器的稳定性。同时,为了降低负载,航天器上的柔性附件的刚度和质量都设计得较小,从而增大了航天器结构的挠性,受到外界扰动就容易被引发振动。液体燃料的晃动以及柔性附件的振动与卫星刚体运动发生耦合将影响卫星的稳定性和定向精度。因此,如何有效地抑制液体燃料的晃动和柔性附件的振动成为了如今航天技术研究领域的一个重要课题。本文研究了在轨道平面机动的柔性充液卫星的动力学建模与姿态控制。第二章介绍了几个基本的坐标系以及航天器姿态运动描述参数,之后介绍并比较了牛顿-欧拉法和拉格朗日法两种建模方法。第三章研究了充液卫星的动力学建模与姿态控制问题,首先将液体燃料晃动的动力学模型分别用单摆模型和弹簧-质量块模型等效,应用拉格朗日方法建立了系统的动力学微分方程,为了方便设计,将系统化为一种典型的欠驱动系统形式。之后针对液体晃动状态不可直接测量的情况设计了液体晃动状态观测器,采用滑模控制方法进行控制器的设计,使各被控量较为快速地进入平衡状态,有效地抑制了液体的晃动。第四章研究了带有柔性附件的充液卫星的动力学建模与姿态控制问题。首先针对柔性附件振动与航天器的平动和转动运动的耦合情况,应用拉格朗日方法建立了基于混合坐标的柔性充液卫星的耦合动力学方程。之后通过解耦算法将动力学方程化为一种典型的欠驱动系统后设计了滑模控制器,在进行姿态控制的同时,能够有效地抑制液体的晃动和柔性附件的振动。第五章研究了柔性充液卫星的非线性最优控制律以及控制输入受限情况下的柔性附件的主动振动抑制方法。首先采用状态相关的黎卡提方程方法,得到非线性的状态矩阵,通过MATLAB解算状态相关的黎卡提方程得到最优控制律。之后采用柔性附件主动振动抑制方法得到了非线性最优控制律,减少了柔性附件振动对卫星姿态角以及液体晃动的影响。最后针对控制量存在饱和的情况,设计的最优控制律可以使得被控量较为迅速地到达平衡状态,并有效地抑制液体燃料的晃动以及柔性附件的振动。