本文结合国家高技术航天领域“微小卫星一体化系统总体技术”和重点预研课题“小卫星新技术研究”,以哈尔滨工业大学已发射成功的TS-1微小卫星为背景,对基于磁控和反作用轮控的微小卫星速率阻尼、大角度机动和三轴姿态稳定控制进行了深入的研究。研究了微小卫星主动磁控方法。针对三轴稳定微小卫星,采用拟PD控制算法设计了期望的磁控力矩,设计了使能量最省的磁偶极矩。设计了一种连续卸载的方法,能够按照线性规律求解磁力矩器的磁偶极矩。仿真结果表明,利用磁力矩器进行控制的主动磁控方法能够在有限磁控能力条件下有效地完成磁阻尼和磁卸载控制任务。重点研究了基于磁卸载和轮控的姿态稳定控制和机动控制策略。分析了反作用飞轮的配置方案,建立了飞轮的摩擦特性数学模型。针对高精度高稳定度姿态控制,采用反作用飞轮和磁卸载联合控制方法,设计了基于姿态四元数偏差的反馈控制律。在初始姿态角任意的情况下,设计了一种逐次逼近的大角度机动控制算法。数学仿真结果表明了这两种算法的有效性,并显示了联合控制的优越性。利用Matlab/Simulink/Stateflow建立了微小卫星姿态控制全模式仿真系统模型,进行了全模式数学仿真;并且,介绍了xPC和dSPACE两种实时仿真平台,完成了全模式实时仿真,对设计的控制算法进行了实时验证。结果表明,在全模式仿真过程中,控制算法能够快速而准确的完成控制任务,且精度完全能够满足控制指标要求。