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针对航天器的三维姿态控制问题,研究了一种新型的航天器姿态控制执行机构—双框架变速控制力矩陀螺（DGV）,得到基于DGV的精确的航天器姿态动力学方程,分析其力矩放大效应和奇异性。基于Lyapunov稳定性理论设计了航天器姿态跟踪的非线性反馈控制律及基于速度和加速度的操纵律。仿真结果表明,一个DGV即能有效地完成航天器三维的姿态控制。