随着任务多样化和载荷复杂化,出现了一种新的哑铃结构卫星。然而,这种模型不是传统的中心刚体加挠性附件模型,而是整星的质量主要分布在两端刚体,两刚体之间采用挠性结构连接的模型。这种特殊的卫星模型,无中心刚体,且具有挠性。本文就以哑铃结构卫星为研究对象,对该类结构卫星进行力学建模研究,系统参数在轨辨识研究,以及对该类卫星进行姿态稳定控制研究,还包括了该类卫星在进行小推力变轨时姿态稳定控制的研究。哑铃型卫星动力学建模,首先利用建模软件Design Modeler构建出了哑铃型卫星实际的物理结构模型;其次利用有限元分析软件ANSYS对所构建出来的模型进行了约束模态分析以及非约束模态分析,并通过牛顿-欧拉建模方法构建出了该类卫星的动力学模型;最后,通过数学分析以及FFT频域分析得到了该类卫星的非约束模态频率,并于ANSYS得到非约束模态频率进行了对比。哑铃结构卫星进行系统参数辨识,主要包括了模态参数辨识以及转动惯量参数辨识。首先,进行模态参数辨识时,需要进对感器的布局优化以获得挠性结构的有效形变信息,选择的优化算法为遗传算法,并且为了防止优化结果中出现与实际不符的个体,施加了相应的优化约束;其次,为了避免模态辨识算法ERA对于单位脉冲激励的苛刻条件,于是采用了ERA与OKID方法的结合;最后,因为哑铃型卫星属于挠性卫星,相比于传统的最小二乘辨识方法,采用了基于广义卡尔曼滤波的最小二乘辨识方法,通过引入了广义卡尔曼滤波,对卫星的挠性形变进行了估计,并应用到转动惯量辨识中,得到结果更为精确。哑铃型卫星进行变轨操作式,因为其具有挠性、质量以及体型大的特点,并不会采用获得一个瞬时速度增量的轨道转移方式,而会选择小推力变轨的方式。然而,小推力变轨持续的时间比较长,为了避免推力不过质心而产生的推力偏心力矩,因此需要对卫星的姿态进行实时的修正。在设计控制器的时候,用于姿态修正的能耗问题是一个需要考虑问题,传统的控制问题转换为了最优控制问题。因为哑铃型卫星的动力学高度非线性并且维数比较高,传统的最优控制问题解决方法不仅耗时而且得到控制器十分的复杂,并不适合于实际工程。于是,本文采用了自适应动态规划的方法,来解决该最优控制问题。此外,由于卫星动力学模型存在诸多不确定性,以及外部扰动,所以最优控制器后加上了相应的鲁棒项,提高了整个系统的鲁棒性。哑铃型卫星在进行大角度机动时,因为其基本特性之一就是存在较大主惯量差,所以在姿态机动过程中存在较大重力梯度力矩;如果执行机构能力不足无法克服重力梯度力矩,如果采用传统的三轴稳定控制策略,卫星是很难实现大角度的姿态机动和姿态重定向,于是提出了一种单摆式姿态机动及姿态重定向策略。