小卫星发展迅速,为了完成编队飞行和小卫星星座等任务,星上需要具备一定的轨道机动能力,因此有必要发展相应的微推进技术。本文在国内外微推进研究的基础上,结合实际皮纳卫星的任务需求与平台约束,设计出了体积小、重量轻、一体化多功能等优点的液氨推进系统。结合推进系统的特点和任务要求,本文完成了相应的硬件设计和软件设计。为了提高轨控系统在轨运行的安全性,提出了分层故障诊断方法,仿真验证了该方法可以有效迅速地定位出故障源。本文系统地描述了轨控系统的设计方案,结合设计指标和国内外选型经验,最终确定了液氨推进系统的选型方案。设计出的液氨推进系统质量0.835kg,体积0.6L,满足各种功能性指标,同时还满足可靠性和安全性要求。完成了以推进系统为核心部件的硬件电路设计和软件设计。硬件电路分为信息监测模块、控制开关模块和通信模块,并以MCU作为处理器。相应的MCU软件设计包括初始化、数据采集、通信、执行指令、紧急故障处理等模块。轨控系统的最高功耗为5.72W。针对轨控系统的在轨故障诊断,本文提出了分层故障诊断方法。根据轨控系统的特征建立了轨控系统的层级架构,将轨控系统分为3层,根据各层组件的特点建立组件之间的相互关系,并提出了故障定位算法。接着以具体的轨控系统为例,分别对各层的组件进行故障检测,将分析得到的知识表示成产生式规则并建立知识库,利用层级架构作为建立推理机的依据,设计了基于规则的故障诊断专家系统。最后用MATLAB对所提方法进行数值仿真,仿真结果表明该方法可以有效迅速地定位出故障源,并且具有知识表达直观、统一和效率较高等特点。