航天科技水平的高低是衡量一个国家综合国力和整体科技能力的重要标志,飞行器全方位、大角度快速机动作为其中最令人瞩目的课题,是我国航天事业寻求突破的目标。全方位、高精度、快速的大角度姿态机动在各种类卫星中的应用研究在我国有很大的发展空间,其中设计和制造更为灵活、更精确、更便捷的现代航天器是所有航天人追求的目标。对此,本文开展了航天器任意目标姿态的快速大角度姿态机动并快速稳定控制技术的研究。实现卫星姿态控制的前提是选取合适的姿态描述方法。本文首先给出几种姿态参考坐标系的定义,介绍了基本的姿态描述方法;在此基础上建立惯性定向的卫星姿态动力学和运动学模型,着重推导了基于四元数方法的卫星姿态运动学模型。在动力学基础上详细分析了空间干扰力矩带来的模型不确定性,为姿态机动控制系统的设计奠定了基础。通过分析四元数方法相对欧拉角方法的优势,选取基于四元数的控制方法进行任意目标姿态大角度姿态机动问题的研究。本文通过典型的近地卫星任意目标姿态基准设计,建立了大角度姿态机动控制的数学模型,进而将该问题转化为对误差四元数调节问题的研究。根据典型的姿态敏感器配置,设计了机动过程星敏感器不可用时的陀螺积分姿态确定方法。根据文中建立的大角度姿态机动控制模型,基于变结构控制思想进行大角度姿态机动控制算法的设计。针对传统滑模控制在实际应用中执行机构所能提供的最大力矩有限且对机动过程有明显时间限制的缺点,本文提出了基于非等效控制的变结构控制器设计,并对算法的稳定性进行了分析。最后,针对本文设计任意目标姿态大角度机动控制姿态基准和变结构快速度机动控制律,进行了实例仿真。仿真结果表明所设计的姿态基准合理可行,姿态机动控制律对系统参数摄动及外部干扰具有较强的鲁棒性,动态性能良好。