近年来,空间光学遥感成像技术发展迅速,对地观测任务对航天器成像能力的要求也越来越高。为进一步提升航天器对地成像能力,一种基于光学载荷旋转扫描成像的超宽幅成像技术被提出。该技术通过使载荷以2～4rpm左右的较低速度旋转,在不牺牲图像分辨率的前提下,能够让光学遥感航天器的扫描幅宽提升至上千公里,极大地提升了航天器的成像能力。但是,这种提升同时也带来了一些动力学与控制问题。本文将针对这些问题开展研究,主要研究内容如下:针对载荷姿态控制精度和成像效率相互制约的问题,基于旋扫成像技术的工作过程和成像机理,提出了一种通过主动磁轴承来驱动旋转光学载荷的非接触式连接方法。并针对该连接方法,建立了磁轴承的电磁学模型和考虑定子转子相对角度负刚度的线性化电磁力估计模型。相比于传统模型,该模型在提升电磁力估计精度的同时大幅提升了载荷控制精度。针对基于磁轴承连接的卫星平台与旋转载荷,通过欧拉-拉格朗日方程推导了航天器姿态与磁轴承间隙的耦合动力学模型。随后,针对该动力学模型采用经典PD控制器进行了数学仿真,并给出了考虑相对姿态的改进电磁力模型对控制精度的提升效果。针对旋扫成像航天器中光学载荷的高精度姿态控制问题,提出了一种反步自适应控制方法。该方法基于反步设计法推导,在理论上保证了系统误差的全局一致渐近稳定,以及不确定量估计误差在李雅普诺夫意义下的稳定。本文背景下,该算法可以较好地处理航天器动静不平衡、磁轴承静不稳定、模型非线性和参数不确定等问题,并解决载荷姿控精度和成像效率的制约问题。完成控制器推导后分析了控制器中各项的物理意义,并通过仿真验证了该方法在不同干扰下的控制效果。针对光学载荷恒速旋扫时工作效率较低的问题,提出了一种载荷变速旋扫模式,并就该模式在提升效率的同时所带来的控制问题,提出了一种组合反步自适应控制方法。该方法由两个相似的反步自适应控制器有机组合而成,两控制器反馈信息分别为绝对姿态和相对姿态,适用于载荷的成像阶段和非成像阶段。与成像阶段使用的高精度控制算法相比,非成像阶段的控制算法通过改变反馈信息类型,在牺牲一定控制精度情况下小幅提升了时滞冗余,进而大幅增加了载荷的允许转速。组合反步自适应控制器通过将两种控制器的有机组合,解决了单一控制器无法同时满足载荷的高指向精度控制和高转速控制的问题,同时还保证了控制器切换时不存在信号的大幅阶跃。给出控制器推导后,通过偏差离散动力学模型定量分析了两控制阶段的最大允许时滞与载荷最大允许转速,并结合数学仿真验证了这种组合反步自适应控制器的有效性。针对系统无角速度反馈时,载荷姿态和角速度存在大幅周期偏差的问题,提出了一种基于无迹卡尔曼滤波（UKF）的迭代学习控制方法。该方法通过将经典迭代学习控制器中的记忆模块替换为UKF模块,使系统周期偏差得以抑制的同时消除了周期间的误差传递现象。该方法相比于经典迭代学习控制方法更加适合本文的静不稳定被控对象。给出控制器形式后,分析了UKF算法在均方意义下的误差上确界,并将该结果带入控制器模型,推导了闭环系统的收敛性以及均方意义下系统误差上确界。理论推导后,通过数学仿真验证了该控制方法的有效性。