运载火箭的设计水平决定一个国家进入太空的能力和航天活动的规模,其姿态稳定性是完成发射任务的重要保障。对于采用液体燃料作为推进剂的大型运载火箭,必须考虑推进系统推力脉动和箭体弹性振动的耦合作用对姿态稳定性的影响,而这类耦合振动被称为POGO振动。传统力学分析方法对于POGO振动相关问题的研究是基于串联多级火箭一维梁结构动力学模型,然而随着我国新型大推力捆绑火箭的研制成功,这种一维梁结构动力学模型存在一定的局限性,无法反映捆绑火箭复杂三维POGO振动特点。针对上述问题,本学位论文深入研究了大型捆绑火箭多体系统动力学建模方法、高维动态系统的选频保结构模型降阶方法、具有POGO振动连续和离散过程的混杂系统描述方法以及基于稳态误差界的姿态控制方法,主要工作包括以下几个方面：以我国新型捆绑火箭作为研究对象,对由箭体刚体运动、弹性振动、燃料晃动以及发动机推力脉动之间的耦合作用,所导致的POGO振动对姿态运动的影响进行建模与分析。首先,通过刚性体段、复合约束虚铰、系统内外承受的力以及三维拓扑结构所确定的多体系统建模方法,建立捆绑火箭结构-推进-POGO振动耦合多体系统动力学模型。然后,将所得到的新型捆绑火箭动力学模型进行姿态小偏差线性化处理,获得具有POGO振动的捆绑火箭线性化姿态运动方程。最后,通过虚拟样机技术对捆绑火箭多体系统动力学模型进行数值仿真,将其结果与集中质心液体火箭动力学模型进行对比,验证多体系统建模方法的有效性。针对捆绑火箭动力学模型所具有的高维系统特点,采用模型降阶方法降低姿态控制器设计难度和计算复杂度。通过结合由奇异值分解和Krylov子空间理论发展的两类模型降阶方法特点,提出一类SVD-Krylov子空间一体化模型降阶方法,该方法不仅能够保证降阶系统维持原系统的性能特点,并且算法计算效率高且能够满足降阶误差要求。针对一般降解方法导致降阶系统失去原始系统结构和物理意义的问题,设计一种选频保结构降阶方法,通过构造分块可控可观Gram矩阵实现在保持模型二阶结构的情况下,所得到的降阶系统能在特定频域区内逼近原始系统。最后,将降阶捆绑火箭动力学模型与原始模型的姿态仿真结果进行对比,验证所提出模型降阶方法的有效性。采用混杂系统稳定性分析方法研究捆绑火箭的姿态运动稳定问题。通过引入脉冲混杂系统描述方法,分析具有连续过程和离散过程的POGO振动对捆绑火箭姿态运动的影响。根据混杂系统稳定性分析方法,研究了一类输入状态稳定的脉冲混杂系统,并通过Lyapunov函数和脉冲函数的时间序列驻留要求,给出满足输入状态稳定的充分条件。进一步,针对具有随机扰动和状态时滞的混杂系统,研究一类中立型时滞随机脉冲混杂系统,通过构造Lyapunov-Krasovskii泛函以及Ito方程,得到系统渐进稳定的充分条件。最后,通过对捆绑火箭多体系统降阶模型进行姿态运动数值仿真,验证所提出的两类系统稳定充分条件的有效性。针对捆绑火箭高精度姿态稳定控制要求,设计一类基于Slotine形式的积分滑模控制器,采用边界层方法抑制滑模控制抖振现象,并通过选择适合的边界层厚度满足稳态跟踪误差界要求,不必通过反复仿真实验试凑。进一步将具有POGO振动的捆绑火箭姿态控制问题,抽象描述为具有随机扰动和中立型时滞的脉冲混杂系统控制器设计问题；基于混杂系统渐进稳定的充分条件,设计一种有限时间到达的积分滑模控制方法,使得系统状态能够快速收敛到期望的误差界内。最后,通过对捆绑火箭姿控系统进行数值仿真,说明所设计的滑模控制方法能够有效抑制POGO振动影响,能够保证运载火箭维持较高的姿态稳定精度。