伴随着当今时代航天事业的蓬勃发展,航天技术的优势和劣势已足够权衡一个国家的综合国力、科技水平及军事实力。在我国,大角度姿态机动在卫星领域仍存在较大的研究空间,研发和设计更高精度、更可靠的现代卫星已经成为所有航天人的目标。与此同时,由于需求的不断增加,对卫星具备灵活的大角度姿态机动的要求也在不停增加。在卫星大角度姿态机动时,若执行机构仅选用飞轮,虽然成本可以降低,但由于飞轮力矩有限,姿态机动时间会非常久。为了更好地研究卫星在大角度姿态机动下的控制方案,比较各方案的优劣,本文以卫星在大角度姿态机动下的控制系统为研究对象,根据一系列的控制要求,采用了四元数描述姿态模型的设计方法来表述姿态控制律,分别研究了单飞轮控制、双飞轮控制、单飞轮+推力器控制、双飞轮+推力器控制4种方案,并在数学实时仿真测试以及半物理姿控系统试验中验证了本文研究的姿态控制律的效果。主要工作如下:1)使用四元数描述空天产品姿态模型的方式,不仅建立了卫星空间姿态运动学方程、空间动力学方程,同时还搭建了一套较为完整的卫星空间运动仿真模型。2)设计了仅运用飞轮子系统、推力器(喷气)作为主要执行部件的卫星大角度姿态机动下的PID控制律。3)通过仿真充分比较了单飞轮控制、双飞轮控制、单飞轮+推力器控制、双飞轮+推力器控制四种姿态机动方案的优劣。4)利用星敏感器及飞轮子系统等单机搭建姿态轨道控制系统半物理仿真试验平台,验证本文研究方案的正确性与有效性。