不论是刚体航天器还是带柔性附件的柔性航天器，在姿态机动过程中都会遇到诸多不确定性或扰动的影响。针对当前空间任务对航天器高精度指向和对外界干扰或诸多不确定性强鲁棒性的需求，本论文研究的主要目的是：考虑姿控系统中存在的诸多限制性问题，如外界干扰、模型参数不确定性、控制器增益摄动、输入时滞、测量误差、输入受限或饱和、执行机构输入故障，在确保姿态系统具有一定稳态精度的同时，设计控制器实现系统的稳定。本文研究内容主要包括以下几个部分：
　　针对刚体航天器模型参数不确定性、控制器增益摄动与输入饱和问题，提出了一种输出反馈非脆弱控制方法。首先给出控制输入受限的条件，然后针对控制器增益摄动的加法式和乘法式两种形式分别设计控制器，并证明了对应控制器作用下系统的稳定性；仿真表明，与标准输出反馈控制器相比，所提出的输出反馈非脆弱控制器能够显著提高姿态角稳态精度，并大大降低总能耗。随后，针对输入时滞问题，提出了一种基于中间状态观测器的控制方法，实现了系统的一致最终有界稳定，并能够同时估计姿态信息与故障信息；仿真表明，与基于预测的采样H∞控制器相比，所提出的基于中间状态观测器的控制器能够显著提高姿态角和角速度稳态精度，并大大降低总能耗。
　　针对刚体航天器模型参数不确定性、测量误差、控制器增益摄动、执行机构输入故障和输入饱和问题，提出了一种容错非脆弱控制方法。首先，引入一个随机中间变量，并基于该随机中间变量的期望值设计一种中间状态观测器，得到新的闭环系统；其次，针对控制器增益摄动的加法式和乘法式两种形式，分别设计了相应非脆弱控制器，并给出稳定性证明；仿真表明，与状态反馈控制器相比，所提出的容错非脆弱控制器在能耗降低方面更具有优势。
　　针对柔性航天器模型参数不确定性、控制器增益摄动、测量误差及输入幅值受限问题，提出了一种状态反馈H∞控制方法。首先融入主被动振动抑制两种方式并化成类似的姿态动力学模型，然后根据控制器增益摄动的加法式和乘法式两种形式分别设计非脆弱控制器，并显式地考虑了控制输入幅值受限；仿真表明，与基于输入成型的主动振动抑制方法相比，状态反馈H∞控制器振动抑制效果更好，总能耗更低。随后，设计了一种基于中间状态观测器的H∞控制器，实现了无需柔性航天器姿态信息、模态信息及惯性矩阵信息即可达到姿态稳定与振动抑制效果，且控制器显式地考虑了控制输入幅值及变化率受限；仿真表明，与混合H2/H∞控制器相比，所设计的控制器使得系统稳定时间和振动抑制时间明显减少。