飞行器交会对接是航天领域的研究热点之一。许多不同种类的航天任务,如：航天飞行器的在轨组装、空间平台的补给、宇航员访问载人航天器等,都依赖于飞行器之间交会对接的成功实现。目前,针对椭圆轨道下非合作目标的交会对接依旧是一项挑战。本文以椭圆轨道飞行器的交会对接为背景,研究了在椭圆轨道下飞行器的相对位置和相对姿态控制器设计的问题,主要内容包括：首先,研究了椭圆轨道飞行器相对轨道运动控制的鲁棒镇定问题。基于描述椭圆轨道交会对接的Lawden方程和输入-状态稳定性(ISS)控制理论,设计了一种使飞行器相对距离和相对速度对于扰动加速度具有ISS的控制律。理论分析表明在该控制律的作用下,通过调节设计常数,可以使飞行器相对距离和相对速度收敛到零点附近任意小的邻域内。考虑到控制器设计过程涉及到目标飞行器的轨道参数,如：轨道角速度、轨道角加速度等,这些参数一般是难以实时检测的。因此,我们引进了实用输入-状态稳定性(ISpS)的概念,并设计了不依赖于这些时变参数,同时可以使飞行器相对运动闭环系统满足ISpS的控制律。理论分析和仿真算例都表明所给出控制方案是有效的。其次,研究了椭圆轨道飞行器相对轨道运动的输入饱和控制问题。采用基于死区算子的饱和模型描述飞行器交会系统的输入饱和现象,分别运用ISS和ISpS理论,给出了既能够抑制控制输入饱和的约束,又能抑制扰动加速度干扰的抗饱和鲁棒控制器。所设计的抗饱和控制器不依赖于目标飞行器轨道参数的实时信息。随后,以逆最优稳定的设计方法,讨论了椭圆轨道飞行器交会对接的相对轨道运动控制问题。针对不包含扰动加速度的Lawden方程,设计了使飞行器相对距离和相对速度具有逆最优稳定性质的控制器。在所设计的逆最优控制器作用之下,闭环系统不但是渐近稳定的,而且其相对于某个包含飞行器的相对距离和相对速度以及控制加速度的性能指标是最优的。之后讨论了具有扰动加速度的交会对接系统的逆最优设计问题,并给出了不但具有逆最优性质,而且满足ISS的控制设计方案。然后,讨论了椭圆轨道飞行器交会对接的采样控制问题。交会对接的实际控制过程可以看成是一个采样控制的过程。基于Lawden方程的精确且未知的离散时间采样模型,给出了使得离散的闭环系统具有半全局实用渐近稳定性(SPA)的控制设计方案。最后,讨论了椭圆轨道飞行器交会对接过程中的姿态控制问题。将交会对接过程中的飞行器姿态控制,描述成对某个特定的姿态机动的跟踪。在考虑执行机构非线性不确定误差的情况下,给出了姿态跟踪误差渐近趋于零点的鲁棒控制方案。仿真算例验证了所提出的控制方法的有效性。