星群小卫星系统利用成员之间的信息共享,相互协作,从而可代替单一的复杂大卫星来完成空间任务。在当下以及未来,星群小卫星系统在对地勘测、深空探测、科学实验以及军事侦察等领域都有非常广阔的应用前景。星群小卫星的在轨协同控制是完成各种空间任务的必要保障,但由于卫星自身结构的复杂性以及所处的空间环境比较恶劣,导致控制过程中着存在通信不完全、燃料损耗、系统参数不确定、外界干扰、执行机构故障等一系列问题,从而使得完成高性能的控制指标变得比较困难。本文面向星群小卫星的在轨协同技术,基于分布式的控制结构,综合利用一致性、最优控制、有限时间控制、滑模控制、自适应控制、神经网络等理论,展开相应的在轨协同控制算法研究,具体研究内容包含以下三个方面:（1）星群小卫星构型协同保持算法研究针对星群小卫星的构型协同保持问题,考虑燃料消耗对控制系统带来的不利影响,提出一种基于燃料优化的构型协同控制算法。首先,面向星群系统的严格构型（Rigidly-configuration）协同保持,利用双曲正切函数的连续平滑特性,提出一种非奇异的有限时间滑模面,并且在假定外界干扰上界已知以及卫星质量参数恒定的条件下,设计相应的有限时间协同控制算法。然后,在此基础上,以减少燃料消耗作为性能优化指标,提出一种结合勒让德伪谱法和自适应有限时间滑模（LPM-AFSM）的松弛构型（Loosely-configuration）保持协同控制算法。该算法利用勒让德伪谱法（Legendre Pseudo-spectral Method,LPM）,求解得到任意个体成员星在允许位置约束范围内的燃料最优轨迹以及相应的开环控制量,并且考虑到控制系统存在外界干扰以及模型误差等因素,通过引入自适应有限时间滑模（Adaptive Finite Time Sliding Mode,AFSM）反馈控制器,对最优开环控制量加以补偿,从而确保构型的整体保持控制精度。（2）星群小卫星姿态协同调节算法研究针对星群小卫星的姿态协同调节问题,考虑到传统有限时间控制策略下系统的收敛时间上界与系统初始状态有关,提出一种基于固定时间收敛的分布式姿态协同调节算法。首先,针对星群系统中只有部分成员星能够获得期望姿态信号的情况,通过设计分布式的状态观测器,使得每个成员都能对期望姿态进行在线估计,并将该状态估计值作为各成员的直接跟踪控制指令;然后,针对系统存在外界干扰的情况,为了提高系统的鲁棒性和控制精度,引入干扰观测器对外界干扰进行在线估计,并将干扰估计值代入到控制器的输入端,从而实现对外部不确定干扰的精确补偿;最后,在上述状态观测器和干扰观测器系统的基础上,利用终端滑模理论,设计相应的跟踪控制器,从而实现姿态的一致协同调节。利用相关的固定时间稳定理论,对上述控制方案中状态观测器、干扰观测器和跟踪控制器的收敛时间上界依次进行分析,通过数学理论推导,从理论上验证该控制方案的固定时间收敛性。（3）星群小卫星姿态协同跟踪算法研究针对星群小卫星的姿态协同跟踪问题,综合考虑系统存在未知惯量参数、外界干扰、挠性不确定动态以及执行机构故障等情况,提出一种基于径向基神经网络最小学习参数（Radial Basis Function Neural Network via Minimum Learning Parameter,RBF-MLP）法的自适应有限时间容错控制算法。首先,基于旋转矩阵描述的姿态误差模型,利用终端滑模技术,提出一种非奇异的快速滑模面,使得系统跟踪误差在有限时间收敛的同时满足误差参数约束条件;然后,针对存在未知转动惯量参数和系统不确定动态的情况,利用RBF神经网络最小学习参数法和自适应方法,设计相应的有限时间姿态协同跟踪控制器。然后,在此基础上,进一步考虑执行机构存在故障的情况,通过引入相应的容错控制算法,确保控制系统在执行机构发生部分失效故障和随机漂移故障条件下的有限时间稳定。