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自20世纪中期开始，空间技术得到了迅速发展，各种航天器相继发射升空。控制力矩陀螺作为一种动量交换装置，具有功耗低、重量轻、能够输出连续平滑的控制力矩并能长期在轨工作等特点，因此被广泛应用在大型、高精度、长寿命航天器的姿态控制系统中。其中剪式控制力矩陀螺用来操纵航天器姿态机动具有独特优势，逐渐得到了研究人员的关注。本文对剪式控制力矩陀螺的控制特性进行了相关研究。 首先，研究了剪式控制力矩陀螺系统的奇异性。分析了冗余单框架控制力矩陀螺系统运动奇异机理，研究了三轴正交安装剪式控制力矩陀螺系统的奇异性，研究结果表明正交安装的剪式控制力矩陀螺系统奇异面的复杂程度与其它构型的单框架控制力矩陀螺系统的奇异面相比要简单的多。在此基础上，分别对正交安装的剪式控制力矩陀螺系统中一个陀螺和两个陀螺失效时的奇异性进行了研究，结果表明当单个陀螺失效或两个陀螺失效时，剩余的陀螺系统仍然具有较大的动量包络，但内部奇异分布较为复杂。 然后，针对正交安装的剪式控制力矩陀螺系统设计了伪逆操纵律，该操纵律能保证正交安装的剪式控制力矩陀螺系统无内部奇异。进一步针对剪式控制力矩陀螺系统中个别陀螺失效的情况，给出了奇异鲁棒操纵律和奇异鲁棒+σ*零运动操纵律的设计方法，并对二者的优缺点和适用性进行了分析。 最后，使用MATLAB软件对剪式控制力矩陀螺系统的伪逆操纵律及剪式控制力矩陀螺系统中一个及两个陀螺失效时奇异鲁棒操纵律和奇异鲁棒+σ*零运动操纵律进行了仿真分析。仿真结果表明:伪逆操纵律是一种有效的操纵逻辑，在该操纵律的作用下，正交安装的剪式控制力矩陀螺系统不产生内部奇异;在个别陀螺失效的情况下，奇异鲁棒操纵律并不能避免奇异但能够使系统逃离奇异，而奇异鲁棒+σ*零运动操纵律能够有效地回避奇异。在此基础上，考虑单个陀螺失效的情况，应用异鲁棒操纵律和奇异鲁棒+σ*零运动操纵律对航天器的姿态机动进行了仿真，结果表明:在这两种操纵律的作用下，航天器均能成功实现大角度姿态机动，整个机动过程中陀螺系统没有进入奇异状态。