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本研究分析了用四元数法建立的小卫星姿态动力学方程及运动学方程，消除了欧拉角描述所存在的奇异性。针对小卫星运动时存在参数摄动、非线性强的特点，设计了一种滑模变结构控制器，它能确保系统全局渐进稳定，并且系统能在有限的时间内到达滑动平面，控制律实现简单；同时针对由于外界影响造成系统参数难以确定的问题，引入了系统参数自适应算法，从而提出了一种改进的变结构自适应控制器的设计方法，用饱和特性取代开关项，以减小开关项带来的振颤。改进的控制算法能够使得系统在参数不能确定的情况下仍能保持良好的稳定性。仿真结果验证了该控制器的有效性。