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滑模控制因其具有良好的鲁棒性和抗干扰性，成为现代控制理论的重要分支，在航天领域得到了深入研究。伴随着空间技术的迅猛发展和空间战略地位的日益提高，为了能够更好的掌握航天器在轨操控技术，实现对现代复杂航天器高精度的先进的鲁棒姿态控制是一项非常艰难而且有着深远应用前景的任务。分数阶滑模结合了分数阶微积分和滑模控制的双重优点，能够在传统滑模控制的基础上进一步提高系统的控制性能，成为现代非线性控制的重要研究方向。本论文以复杂航天器的鲁棒姿态控制问题为背景，利用分数阶微积分算子的记忆性和遗传特性，在传统滑模控制中引入分数阶微积分算子，深入研究分数阶滑模控制理论，并以分数阶超混沌系统、航天器姿态控制系统和航天器地面实验仿真平台为对象，对分数阶滑模控制理论的应用问题进行深入研究。本论文的主要研究内容包括：(1)在传统滑模控制的基础上，从分数阶滑模趋近律与分数阶滑模控制律两个方面，对分数阶微积分算子在滑模控制理论中的应用特性进行了研究。以简单的机械系统模型为对象，分别设计传统滑模控制律和分数阶滑模控制，并以仿真的形式对比说明了分数阶滑模的良好控制性能。(2)在现有以整数阶系统为对象的输出反馈滑模控制研究成果基础上，以分数阶系统为例，研究了具有工程实际意义的输出反馈滑模控制。首先，利用系统结构分解理论和输出反馈滑模控制理论，完成对分数阶线性系统的输出反馈控制。其次，以具有一般形式的分数阶超混沌系统为控制对象，在MATLAB LMI工具箱的基础上完成了输出反馈滑模控制律的设计。最后，针对分数阶超混沌系统的输出反馈同步控制问题，在分数阶辅助动力学系统的基础上，分别设计了具有输出反馈特性的滑模控制律和自适应滑模控制律。(3)以航天器姿态控制问题为例，从三个方面设计不同的分数阶滑模控制律。首先，设计具有传统滑模趋近律和分数阶趋近律的几种不同滑模控制律，对比说明分数阶滑模控制律的良好性能。其次，在现有文献研究成果的基础上，设计分数阶滑模控制律，对比分析分数阶滑模的优越特性。最后，以微小航天器姿态控制问题为例，利用非线性系统的线性化理论设计具有良好鲁棒性的分数阶滑模控制律。(4)在研究成果(3)的基础上，综合考虑航天器的转动惯量不确定性、挠性模态和外部干扰等因素的影响，设计具有良好鲁棒性和抗干扰性的分数阶滑模控制律。首先，在假设挠性模态和外界干扰的界已知的前提下，设计分数阶滑模控制律，并从稳定区域和收敛速度两个方面，对比分析分数阶滑模的良好控制性能。其次，减少对挠性模态和外部干扰的假设条件，利用模糊控制的万能逼近原理对复合扰动进行逼近，进一步设计模糊自适应分数阶滑模控制律。最后，在传统的挠性航天器姿态控制模型的基础上，推导得到具有Lagrange形式的等效姿态控制模型，并在特定的假设条件下，设计了具有有限时间收敛特性的分数阶终端滑模控制律。(5)以五自由度航天器物联网地面实验仿真平台为对象，综合考虑气浮球轴承的球心与姿态平台重心存在偏差时对五自由度气浮仿真实验平台进行建模，针对位移模型和姿态模型，分别设计分数阶PDμ控制律和分数阶滑模控制律。综合考虑系统的响应时间和稳态精度，利用模糊参数自整定算法实现对开关增益的整定。考虑执行机构的实际运行特性，分析了气浮台运行性能、位置和姿态的耦合影响。最后，给出了五自由度气浮仿真平台的部分控制系统的实现原理。