随着大型航天器在轨组装及在轨维修等在轨服务技术的持续发展,空间对接技术得到研究人员的广泛关注。而传统的空间对接中大多采用喷气推进技术,存在燃料消耗,且对安装有光学载荷的航天器带来光污染、热排放以及相应的振动干扰等问题。相对于传统对接方式,空间电磁对接技术作为一种新型推进技术,有着不消耗燃料、无对接冲击、能够有效避免羽流污染以及连续、可逆及同步可控等优势。本文主要对空间电磁对接动力学与控制问题进行研究,包括电磁对接姿轨耦合动力学建模及相关线性化问题,基于干扰观测器和基于中间状态观测器的电磁对接轨道控制问题,以及电磁对接姿轨耦合控制问题。具体分为以下几个部分:针对电磁对接动力学强非线性及耦合问题,建立了电磁对接轨道动力学及姿轨耦合动力学线性化模型。首先,建立了航天器电磁力/力矩的远场模型,分别从干扰力及干扰力矩的角度分析了电磁对接系统可能受到的多源外界干扰;然后,考虑到系统强非线性及耦合性,采取了轨迹线性化方法对电磁力/力矩模型进行处理,在此基础上建立了电磁对接轨道动力学及姿态动力学线性化模型,并给出其状态空间形式;最后,考虑电磁对接过程中姿轨耦合及两航天器之间姿态动力学耦合等问题,推导了两航天器中电磁力/力矩远场模型的线性化形式,建立了电磁对接姿轨耦合动力学线性化模型,并给出其状态空间形式。针对电磁对接系统中外界干扰、执行机构故障、轨道偏心率、航天器质量未知、输入幅值及变化率受限问题,提出了一种基于干扰观测器的控制方法。首先,将航天器未知质量、轨道偏心率、外界干扰及执行机构故障分离至综合干扰;然后,设计了一种干扰观测器,基于此设计一种抗干扰控制器,显式考虑了输入幅值及变化率受限问题,并给出系统一致最终有界的证明。仿真表明,与基准/最优滑模控制器相比,所设计的控制器控制效果与应用效果更好,与线性二次调节器控制器相比,所设计的控制器能够显著提高相对位置与速度的稳态精度。针对电磁对接系统中外界干扰、航天器质量和状态未知、轨道偏心率、测量误差、执行机构故障和输入受限问题,提出了一种基于中间状态观测器的抗干扰H∞控制方法。首先,引入一个中间变量,基于此设计一种中间状态观测器,能够同时估计相对运动与综合干扰信息;然后,给出了一种抗干扰H∞控制方法,显式考虑了输入受限问题,实现了电磁对接系统的一致最终有界。根据最终仿真的结果可以得出,与前一章中的基于干扰观测器的控制器相比,所提出的基于中间状态观测器的抗干扰控制方法使得系统稳定时间明显减少,且控制力利用率显著提高。针对电磁对接姿轨耦合多维强非线性问题,提出了两种全局渐近稳定控制方法。首先,对两航天器相对运动与各自姿态运动轨迹进行分段式规划,给出特征时间点;其次,基于积分滑模面与有限时间趋近律进行了滑模控制器的相关设计,并能最终保证所设计的电磁对接系统状态在所给定的有限时间内到达了滑模面,最终渐近稳定到平衡点附近;然后,设计了一种自适应变结构控制器,使相对位置与姿态角偏差最终渐近趋于平衡点附近。仿真表明,与自适应变结构控制器相比,所设计滑模控制器在应用效果和相对位置偏差的收敛速度方面更具优势。