电动力绳系是一种新概念航天器,其通过与空间地磁场和电离层的相互作用来实现无燃料推进,在空间碎片清除、废弃卫星降轨、卫星编队飞行等空间任务中具有广泛的应用前景。本文以轨道上运行的电动力绳系为研究对象,对电动力绳系的摆动动力学与控制、轨道动力学特性等内容进行研究,主要研究成果如下:研究了非倾斜偶极子模型下电动力绳系的摆动动力学特性。基于电动力绳系为张紧状态的假设,建立了电动力绳系的哑铃模型,推导了该模型对应的电动力绳系摆动动力学方程。采用不动点迭代法求解得到了强非线性摆动动力学方程的周期解数值解。通过Floquet原理对周期解的稳定性进行了判断分析,在分析过程中采用了精细化积分方法来计算迁移矩阵。仿真结果显示,系统的周期解均为不稳定的,且不稳定性的强弱与轨道倾角、轨道偏心率、轨道高度以及电流参数等参量的变化存在一定的规律。另外,以对周期解不稳定性的影响为指标,研究了系统的主星质量、子星质量、绳系质量以及绳系中的电流等系统参数对电动力绳系摆动动力学的影响。研究了13阶国际参考地磁场模型下电动力绳系的摆动动力学特性。在进行分析时,将面内角和面外角对应的广义力考虑为非倾斜偶极子模型与地磁场高阶项对应的广义力的叠加。比较了13阶地磁场模型和非倾斜偶极子模型的差异、二者造成的广义力的差异。将该差异视为对偶极子模型下动力学方程的扰动,对系统的摆动动力学进行了仿真研究。通过不同电流参数、轨道参数对应情况的算例,得出了高阶地磁场项扰动对系统的摆动动力学的影响规律。基于扩展时滞自同步控制方法,通过引入虚拟控制项,求解得到了13阶国际参考地磁场模型对应的摆动动力学方程的准周期解。采用Floquet理论,对周期解的稳定性进行了判断,并通过失稳时间验证了判断结果。运用仿真算例得出了该模型下轨道倾角、轨道偏心率、轨道高度以及电流参数对摆动动力学特性的影响规律。研究了通过控制电流产生的安培力来实现摆动控制的方法。基于扩展时滞自同步控制方法,提出了仅通过控制绳系中的电流实现系统摆动的稳定性控制策略。对控制域原理进行了分析,并研究了控制方法中控制参数的取值范围。仿真验证了该控制策略在圆轨道、椭圆轨道、赤道轨道以及存在测量噪声等情况下具有很好的控制效果。建立了电动力绳系摆动运动控制的最优控制模型,介绍了对最优控制问题进行求解的Radau伪谱法。以周期摆动状态之间的切换作为算例,验证了该摆动控制策略的可行性,展示了切换过程中的控制电流方案和子星机动范围。研究了考虑摆动的电动力绳系轨道动力学特性。建立了用春分点轨道要素形式描述的电动力绳系轨道摄动方程,分析了摄动力特性。将轨道摄动过程中电动力绳系的摆动考虑在内,以周期摆动作为其初始摆动状态,研究了系统降轨过程中轨道要素变化的特点。用降轨时间来衡量电动力绳系的降轨效率,研究了系统参数对轨道动力学的影响。综合考虑系统参数对摆动动力学的影响以及实际发射和空间运行中的其它因素,对电动力绳系的设计提出了建议。电动力绳系的摆动是不稳定的,会影响其轨道动力学。因此,提出了在降轨过程中进行摆动控制的降轨策略,并通过仿真验证了该策略的可行性。