本文以大型甚高分辨率侦察卫星为研究对象，考虑其它执行机构在输出力矩和使用寿命的局限性，设计了以控制力矩陀螺为主要执行机构的控制方案，旨在使大型侦察卫星实现快速、稳定、长寿命的机动控制。本文以拉格朗日方法建立了带有控制力矩陀螺的侦察卫星模型。对于严重影响控制力矩陀螺工作的奇异问题进行探究，分析模拟了常见的几种操纵律，给出它们实际克服奇异的效果。综合考虑本文研究的需要，采用基于鲁棒逆操纵律作为基本规避奇异方法，同时提出了一种基于变速控制力矩陀螺的多模式切换控制算法。在有效合理避免陀螺输出力矩饱和奇异的前提下，保证陀螺可变速转子能量、转速都能在某稳定状态平衡，从而使得整个框架构型包络合理，便于精确输出力矩从而实现卫星快速姿态机动控制。传统的控制器具有容易实现、工作稳定等优点，但对于大型侦察卫星要实现快速机动，一般控制器能力很局限。本文根据滑模变结构控制理论，结合大型侦察卫星模型，设计滑模变结构控制器对姿态偏差进行控制，进一步提高姿态机动速度。为了减少太阳翼的振动对机动过程的影响，本文采用分布式压电元件作为作动器，根据振动方程设计了应变速率反馈式振动主动抑制控制器。整个控制系统通过仿真验证，结果表明这套控制方案可满足大型侦察卫星快速姿态机动需要。