利用卫星对重力场进行测量是重力场测量发展到现代的一个标志。而Drag-Free控制能够消除卫星的阻力,可以满足重力场测量对极低干扰环境的要求,是重力场测量卫星中的一项关键技术。提出并分析了基于Drag-Free重力场测量卫星的体系结构,建立了Drag-Free卫星的动力学模型,并分析其特性,基于H∞理论设计了Drag-Free卫星的控制器。本文主要工作包括以下几个方面:首先,在比较Drag-Free加速度计和位移两种模式特点和适用范围的基础上,提出基于Drag-Free加速度计和位移混合模式的重力场测量卫星体系结构。分析该体系结构下Drag-Free控制回路、质量块控制回路和卫星本体姿态控制回路的组成和实现原理。并研究支持Drag-Free技术的敏感器、执行机构和放电装置等多种部件的实现原理。其次,建立Drag-Free卫星的卫星本体和质量块的动力学模型,以及两者之间的相对运动动力学模型。基于Drag-Free卫星运行的特点,对卫星本体和质量块相对运动动力学模型和卫星本体姿态动力学模型进行合理简化。通过仿真分析简化对动力学模型精度的影响。并建立卫星本体和质量块受到的各种干扰力和干扰力矩模型。最后,研究将H∞设计理论与回路成形设计方法相结合的原理,分析基于H∞设计与回路成形设计相结合的H∞多灵敏度设计方法的特点、适用范围和设计过程。基于H∞控制系统设计理论对Drag-Free卫星控制器进行设计。将设计得到的控制器与建立的动力学模型组合起来,形成闭环回路,进行仿真验证。