在卫星地面观测任务中,如特定目标长时间凝视、单线阵相机立体成像和增大可观测范围等都要求其具有姿态快速机动和快速稳定等敏捷控制能力。针对这一需求,本文将对卫星的姿态快速机动、姿态快速稳定和姿态快速机动过程中稳定等三个方面进行控制律设计研究,具体内容包括:提出了以双框架控制力矩陀螺为执行机构的卫星姿态快速机动控制方法。首先利用最优控制方法设计了快速机动控制律,并采用高斯伪谱法进行了数值计算;其次以最优控制理论得出的最优路径为基础,设计基于Lyapunov函数的姿态跟踪函数,实现短时间内的卫星姿态大角度快速机动。设计了以反作用飞轮为执行机构的卫星姿态快速稳定控制规律。第一种控制律基于卫星的特征模型,利用自适应控制实现卫星的快速稳定,达到抑制卫星振动扰动的目的;第二种控制律基于时标分离原理和预测控制,将卫星姿态控制分为外环姿态角控制以及内环角速度控制分别设计,两者共同结合达到实现姿态快速稳定的目的;第三种控制律利用双曲正切函数的有界性,在控制律设计时考虑卫星输出能力受限约束,可有效避免姿态稳定过程中的飞轮卸载问题。提出了卫星姿态快速机动过程中保持稳定的姿态控制方法。具体地,在提出了姿态机动过程中的稳定度概念和表达式后,将姿态稳定度作为控制目标的一部分与最优控制相结合,设计了姿态快速机动过程中保持稳定最优控制律,并利用时标分离原理设计了外环的期望角速度以及跟踪控制律,以实现姿态快速机动过程中的稳定问题。