在考虑航天器自身能力、通信带宽、执行器故障、饱和以及切换速率等多种约束和不确定惯性参数下,如何实现安全、可靠、智能自主的航天器姿态控制,在理论和应用上具有重要的研究价值和意义。本文针对惯性信息未知的单个航天器/多个航天器系统的姿态控制问题,在考虑系统与外界不确定性(如抓捕后质量、结构特性发生突变、执行器故障、空间摄动等)以及姿态约束条件下,开展保姿态瞬态与稳态性能(如趋近速率、超调量、追踪精度等)的低复杂度、安全可靠、智能自主的姿态控制方法研究。主要创新性的研究工作和成果有:(1)针对未知动力学模型的非线性系统研究了低复杂度预设性能控制方法。针对一类互联的非线性大系统,在未知的动力学参数和不确定外界干扰下,基于预设性能控制框架,开展低复杂度鲁棒控制方法研究。在无需对未知动力学模型辨识的情况下,仅仅依赖系统可测数据,设计了类PID形式的低复杂度非线性控制器,实现了对互联非线性大系统的鲁棒追踪控制。(2)针对主从式多航天器网络系统,研究了基于数据驱动策略的智能自主姿态协同预设性能控制方法。针对多个航天器的姿态协同控制任务,在未知的惯性信息和外界干扰下,开展智能自主的姿态控制方法研究。在姿态追踪误差约束条件下,提出了低复杂度双层标称预设性能控制方法,实现了对姿态和角速度追踪系统的保瞬态与稳态性能控制。同时,创新性地引入基于数据驱动的自学习策略,使从航天器通过自适应学习来补偿并消除不确定因素(如惯量矩阵摄动、未知执行器故障等)带来的不利影响,提升了双层标称预设性能控制方法的鲁棒性与智能自主性。(3)针对存在执行器故障和切换速率受限的柔性航天器,研究了基于事件驱动策略的安全、可靠的姿态容错预设性能控制方法。实际航天器系统中姿态执行系统(如飞轮等)的故障会严重威胁航天器姿态系统的控制品质与安全。现有的航天器姿态控制方法多是时间驱动,即控制方法的更新是依赖航天器系统的采样时间,并不考虑执行系统的响应速率约束以及受控系统是否需要。为了克服现有时间驱动姿态控制方法的局限性,创新性地提出了基于事件驱动的航天器姿态容错增强预设性能控制方法,在未知执行器故障以及外界不确定摄动环境下,实现了超低更新频率下的保姿态瞬态与稳态性能的容错控制。(4)针对部分姿态信息缺失下抓捕后组合体航天器,研究了基于有限时间微分观测器的预设性能控制方法。在实际航天器系统中,由于星载传感器的故障或观测信息缺失,导致部分姿态信息难以在线获得,这就给全状态反馈的姿态控制方法带来极大的挑战。为了克服全状态反馈姿态控制方法的局限性,研究了部分状态反馈的增强预设性能控制方法。首先,设计了有限时间微分器,实现对未知/不可测姿态信息的在线快速估计。其次,基于估计的姿态信息,在组合体航天器存在未知惯性参数下,设计了保姿态瞬态与稳态性能的预设性能控制器,实现了对组合体航天器姿态的鲁棒控制。这部分的研究工作将将全状态反馈PPC控制器设计推广到部分状态反馈的预设性能控制器设计,实现了在部分姿态信息缺失下的航天器姿态有效控制。(5)针对有特定时间窗口要求的航天器任务,研究了约定时间姿态增强预设性能控制方法。本文创新性地提出约定时间的性能函数设计方法,并基于设计的性能函数,在未知的航天器惯性参数以及外界不确定干扰下,实现了保姿态瞬态与稳态性能的自适应追踪控制。相比于现有的有限时间姿态控制方法,本文提出的方法没有用到状态分数阶和符号技术,因此更加简洁,易于在线实现。这部分的研究工作将无限时间(指数收敛)稳定的预设性能控制器设计发展为约定时间的预设性能控制器设计。