针对我国多任务微纳卫星总体需求,传统的电源系统架构在系统配置和能源转换效率上难以满足超低电压母线电源系统可扩展化设计要求,需要高比功率太阳电池模块及结构一体化技术,打造适应多任务、高性能的标准化、集成化微纳卫星电源系统,满足我国高性能微纳卫星快速组网的长远发展需求。高比功率太阳电池模块及结构一体化技术是实现微纳卫星功能高密度的关键,利用基于PCB板的结构一体化太阳电池模块,通过在基板内层中集成多种敏感器部组件,提高微纳卫星电源系统的功能密度,并以其为微纳卫星结构板,实现发电与承载功能复用。本文针对微纳卫星中的Cubesat进行研究,以1U的Cubesat为例,研究Cubesat电源系统,实现电源系统与太阳电池阵的一体化、可扩展化,提高电源系统功能密度。论文主要研究内容如下:以1U卫星模型为例,给出了电源系统与太阳电池阵的一体化设计,考虑一体化PCB板的结构与电性能要求,设计了1U模型中帆板展开的机械结构,实现了太阳电池阵的可扩展化功能,利用有限元分析软件得到了机械结构的力学仿真分析结果,按设计方案投产,得到了相应的实物,对实物做了进一步测试,利用太阳电池片安装的PCB板的富余空间,集成了多个敏感器,提高了太阳电池板空间利用率,针对实物进行了相关模块的电性能测试。整体设计实现了电源系统的一体化、可扩展化功能。对电源系统的整体架构进行了设计,利用PCB板内搭载的电子元器件实现了电源系统控制结构,完成电源系统的控制硬件部分设计,对电源控制系统各个功能模块进行了设计,利用MATLAB对课题中提出的三种卫星在轨用电需求给出了能量平衡仿真结果,仿真分析表明,设计的电源系统能够保证卫星实现在轨能量平衡。给出了姿态控制系统总体架构,使用三个互成直角的太阳电池阵给出了太阳方位信息,利用设计的一体化电池阵搭载的多种敏感元器件,如太阳敏、磁强计、微型陀螺仪,配合卫星上一般搭载的星敏,通过ATSUKF算法设计多敏感器联合滤波进行姿态确定,MATLAB仿真结果验证了一体化设计的信息有效性,测试PCB板内集成的磁力矩器线圈,两种磁力矩器在多种输入情况下输出的磁场强度能够满足姿态控制的需求。