利用星间电磁作用实现空间交会对接是航天器相对运动控制领域的一项重要技术创新和前沿研究热点。星间电磁作用作为一种新型的空间非接触力/力矩,产生于航天器上电磁装置间的相互作用,并作用于航天器本身,具有不消耗推进工质、能源可再生、无污染、控制作用连续可逆等优势,尤其适用于小型航天器的在轨服务任务。实际上,航天器电磁对接控制的难点主要源于对星间电磁作用的控制以及星间电磁作用引入到对接动力学中的新特性,如模型不确定性、易受外界干扰、强非线性、强耦合性等。本论文针对航天器电磁对接控制中所涉及的重、难点问题,围绕空间电磁对接动力学基础、全驱动航天器的电磁对接控制方法、欠驱动航天器的电磁对接控制方法、电磁对接快速轨迹优化方法以及电磁对接地面控制试验开展了相关理论和方法的研究。在空间电磁对接动力学基础方面,首先给出了本论文所涉及的坐标系定义及其转换关系。简要推导了星间电磁作用的高精度模型和远场模型,研究了相对位置、相对姿态、电磁装置参数等对远场模型误差的影响规律和影响程度。推导了满足期望电磁力情况下的磁矩指向与能耗的关系,得到了能耗最优条件下的磁矩指向,为后文的仿真条件设置提供了理论依据。基于前述模型推导和误差计算,建立了空间电磁对接的轨道动力学模型和姿态动力学模型,并给出了多种外界扰动的计算表达式,重点计算了不同轨道高度下的地磁干扰作用及其与星间电磁作用的量级关系。其次,研究了全驱动航天器的电磁对接控制方法。针对远场模型引入到动力学模型中的不确定性问题,提出了两种电磁力远场模型的误差修正方法,提高了远场模型在电磁对接控制中的适用性。基于此,设计了基于反馈线性化的电磁对接非线性控制器,对比了有、无远场模型修正的控制效果,验证了模型修正的有效性。考虑到电磁对接控制的强鲁棒性、高控制精度、快速收敛和柔性对接等需求,针对系统强非线性、强耦合性、模型不确定性和易受未知外界扰动等问题,研究了基于扰动观测的全局快速非奇异终端滑模控制方法,证明了闭环系统的稳定性,并通过三个仿真场景的控制结果的对比,验证了所提控制方法的优越性能。对于质量、体积、功耗和性能等受限制的小型航天器,研究了两种任务模式下的欠驱动航天器电磁对接控制方法,解决了仅安装单线圈的航天器电磁对接六自由度控制问题。两种任务模式分别为目标航天器磁矩指向固定不变情况下的单欠驱动航天器电磁对接控制,以及双欠驱动航天器电磁对接控制。针对这两种任务模式,分别建立了单欠驱动航天器和双欠驱动航天器的电磁对接动力学模型,提出了期望位置序列和期望姿态序列的生成方法,并利用改进的三阶精确鲁棒微分器生成平缓的期望姿态微分信息。最后,设计了单欠驱动航天器电磁对接的渐近稳定控制器和双欠驱动航天器电磁对接的有限时间控制器,并仿真实现了欠驱动航天器的六自由度电磁对接控制。进一步考虑电磁对接过程的最优性和最优轨迹生成的自主性,研究了电磁对接在线轨迹优化方法。针对航天器电磁对接问题特性,建立了相应的轨迹优化问题模型。首先从提高轨迹优化问题求解精度的角度出发,采用Radau伪谱法将连续的电磁对接最优控制问题转化为离散的非线性规划（Nonlinear Programming,NLP）问题,转换后的离散状态变量和控制变量在配点处满足动力学约束。其次,为了提高算法求解效率,充分利用凸优化算法求解快速性、全局最优性、计算确定性等数学优势,分别使用序列凸化方法和一种新提出的混合序列凸规划方法,对上述问题中的非线性约束进行了凸化处理,将NLP问题进一步转化为了一系列凸子问题,进而设计了基于凸优化的空间电磁对接快速轨迹优化算法。最后,开展了数值优化实验对以上算法的正确性、有效性和快速性进行了验证。最后,进行了电磁对接控制的地面实物仿真试验。首先,对试验方案进行了概述,并分别对追踪航天器和目标航天器进行了总体设计。根据地面电磁对接试验的总体技术指标和试验要求,对该试验系统的星务、控制、测量、数传、电源、结构等各分系统进行了详细设计,并对其中的部分核心部件进行了开发和研制。此外,建立了地面电磁对接动力学模型,设计了地面电磁对接控制的平动和转动控制器。最后,给出了整套试验系统的测试流程、试验流程,并给出了试验结果。本论文聚焦于基于星间电磁作用的航天器对接控制方法,研究了全驱动和欠驱动航天器的电磁对接控制方法,提出了电磁对接快速轨迹优化算法,搭建了电磁对接地面实物仿真环境。本论文的研究成果可为星间电磁作用在航天器相对运动控制领域的应用提供理论依据和试验基础。