卫星编队飞行过程中的姿态协同控制是影响编队的空间任务成功与否的一个重要因素。无论是通过卫星编队来完成目标观测、定位导航制导还是对地成像等任务,都需要卫星编队中的各个卫星之间的姿态协同,通过姿态的一致性来完成空间任务。所以,研究卫星编队飞行的姿态协同控制具有至关重要的理论与应用意义。在姿态协同控制发展到一定程度的同时,人们把目光逐渐聚集到了协同控制的最优化的问题上,原因在于在轨卫星在执行太空任务的过程中,往往需要姿态在达到期望姿态或者达到稳定的过程中,在机动过程中也要设置相应的性能指标使其达到最优极值,如损耗燃料和时间综合最小等。拥有如此明显的优势和广阔发展前景的卫星编队姿态协同最优控制技术,其实现与改进技术都受到了各相关领域专家们的广泛关注。本文将最优控制理论与积分滑模控制理论相结合,针对卫星编队的姿态协同最优控制问题,在非线性模型的基础上设计了SDRE(State-dependent riccati equation)控制器,在线性化的模型的基础上设计了LQR(Linear quadratic regulator)控制器,在不确定非线性模型的基础上设计了最优滑模控制器。本文的主要内容如下:首先,在单颗卫星模型基础上引入相对姿态误差建立了卫星编队的姿态协同控制模型,并提出一种状态相关系数的伪线性的状态相关系数模型(State-dependent coefficients,SDC),将卫星编队姿态协同模型转化为该形式用于SDRE控制器的设计,并把该模型进行了线性化的近似模型用于LQR控制器的设计。其次,设计了卫星编队姿态协同的最优控制器,提出了LQR和SDRE两种最优控制方法并证明了其稳定性,结合两种最优控制方法,设计性能指标函数,根据对应的控制方法设计相应的控制算法,即设计出卫星编队的姿态协同最优控制器。最后以三颗卫星编队为例,对设计的两个控制器进行了仿真和分析。最后,设计了卫星编队姿态协同最优滑模控制器。建立了非线性系统模型,由标称系统和不确定项两部分组成。分别介绍了θ-D方法和积分滑模方法的基本原理和理论。当不确定项为0时,即针对标称系统设计了基于θ-D方法设计了姿态协同最优控制器。当不确定项不为0时,设计了基于积分滑模方法的姿态协同最优滑模控制器。最后对本章设计的控制器进行仿真和分析对比。