本文主要围绕高空风能发电牵引翼伞系统进行研究，主要包括：高空风能牵引翼伞的运动轨迹、动力学特性和最优控制。分别建立牵引翼伞平面运动轨迹模型、空间运动轨迹模型、两种不同的平面动力学模型和空间动力学模型。在绳索长度为定值、匀速伸长和匀加速伸长的三种情况下，着重分析了模型运动轨迹和牵引力冲量大小。并对空间模型在侧风情况下的稳定性进行了分析。归纳得到：1)影响牵引翼伞运动轨迹和牵引力冲量大小较为明显是：牵引绳索长度r及绳索伸长速度r和加速度r，翼伞俯仰角和滚转角；2)对牵引翼伞稳定性影响最大的是翼伞滚转角。在空间运动轨迹模型的基础上，建立了高空风能发电牵引翼伞最优控制模型。通过分析，明确了最优控制模型的目标函数和其边界条件。采用基于直接配点法的DIRCOL软件工具包，对建立的最优控制模型进行了求解，并对结果进行了分析。最优控制为典型的开环式控制，由于牵引翼伞最优控制模型自身不稳定，当受到扰动后，模型得不到满足边界条件的解。通过对翼伞滚转角施加控制的方法，实现了运动轨迹模型在侧向风下的稳定。采用ACADO工具包，对牵引翼伞最优控制模型进行了鲁棒优化，提高了模型自身的稳定性，在受到扰动的情况下，模型仍然能够得到满足边界条件的解。本文所完成的工作，可为高空风能牵引翼伞系统的动力学和最优控制研究，以及相关问题研究提供参考。