电动力绳系通过带电导线和地磁场的相互作用产生洛伦兹力来实现正常航天器的轨道机动和维持，以及空间垃圾的离轨；和化学推进相比，电动力绳系不需要消耗推进剂，且能产生和电推进大小相近的推力，因此近年来世界各国进行了大量的研究。但由于电动力绳系的空间尺寸大、产生的推力小，且受到持续的空间环境干扰，因此电动力绳系在轨运行时会产生复杂的非线性动力学行为。针对上述问题，本学位论文深入研究了电动力绳系在展开、留位、主动轨道机动以及被动离轨状态下的动力学及控制问题，主要包括以下几个方面的工作：　　针对电动力绳系的稳定展开问题，设计了基于级联滑模面的有限时间展开控制方法。首先基于拉格朗日方程建立了刚性电动力绳系展开的动力学模型，推导得到了洛伦兹力产生的广义力表达式；其次基于在平衡点附近得到的线性化的运动方程，设计了简单的PD 张力控制器，并基于非线性运动方程设计了基于级联滑模面的有限时间滑模控制器，证明了其渐进稳定性；最后，采用OML理论对裸线电动力绳系中感应电流进行了计算，分析了展开过程中感应电流对裸线系绳展开过程中振动角的影响，设计了利用感应电流抑制振动角的控制策略。　　针对基于刚性绝缘的电动力绳系进行轨道机动问题，提出了利用傅里叶级数形式的电流来研究轨道根数的长期变化。首先根据刚性模型下的运动方程，通过摄动法和微分修正法得到了电动力绳系在留位状态下的近似解析周期解和数值周期解，并利用Floquet理论验证了其周期解的稳定性；其次把控制电流表示为傅里叶级数的形式，得到表示轨道长期变化的拟线性运动方程，设计了主动控制方法；最后考虑系绳面内和面外的运动，利用 Gauss 伪谱法研究了最短时间完成要求的轨道机动和规定时间内最大轨道高度提升这两个指标下的最优控制问题，得到了最优控制电流解。　　针对柔性裸线电动力绳系离轨过程中的动力学及控制问题，提出采用集中质量模型把无限自由度的柔性系绳简化为有限个质点的模型来研究其离轨过程的动力学特性。首先将柔性系绳简化为由弹簧和阻尼器连接的有限个质点的集中质量模型，对其受力情况进行了推导，并把分布的洛伦兹力和气动阻力等效到相邻的质点上，根据牛顿第二定律建立了电动力绳系离轨的动力学方程；其次对轨道参数、系绳参数以及热流对电动力绳系感应电流、洛伦兹力以及离轨能力的影响进行了研究；最后对基于集中质量模型的电动力绳系被动离轨过程中动力学进行了仿真分析，并提出基于虚拟杆能量和振动角度两种电动力绳系稳定离轨控制算法，并通过仿真验证了提出的控制策略的有效性。　　针对电动力绳系在留位状态下的状态估计问题，提出采用基于平方根的UKF滤波算法进行系绳状态估计。首先推导得到了刚性绝缘系绳模型下的非线性状态方程，以及基于GPS接收机和基于三轴张力敏感器的测量方程，并进行了状态估计的数值仿真；其次针对不考虑系绳弹性的集中质量模型，推导得到了包括各段系绳面内和面外运动角和角速度的系统状态方程，并以安装在主星和子星上的GPS接收机和三轴张力敏感器为测量元件，得到了两段和三段系绳情况下的测量方程，通过数值仿真验证了在有无电流作用下，该滤波算法的有效性。