陀螺飞轮的概念起源于对微小航天器姿态控制的需求。评价应用在微小航天器上的主动姿态控制系统最重要的三项指标是其质量、体积以及姿态控制所能达到的精度。基于此,加拿大的科研人员提出了一种特殊的平衡环结构,它能够允许转子在一定角度范围内沿径向自由倾侧,这便是陀螺飞轮。单个陀螺飞轮在输出三轴控制力矩的同时,还具有敏感航天器两轴姿态角速度的能力,在保持姿态控制系统精确指向的同时,减少了系统的体积与重量,降低了微小航天器的研制成本。本课题将从硬件电路设计的角度辅助陀螺飞轮系统实现其姿态检测和控制的功能。首先,陀螺飞轮系统发挥其姿态控制功能的基础是控制飞轮在规定的速度下旋转,因此要设计并实现飞轮驱动电路使陀螺飞轮转子具有良好的稳速精度。在方案选择上,选择基于锁相环控制的飞轮驱动方案,其依靠鉴频鉴相器的负反馈控制可以最大程度满足对于稳速精度的需求。对方案进行硬件电路的搭建,对硬件各环节进行建模,化为传递函数,并设计了串联超前控制器保证系统的稳定裕度,最后通过Simulink仿真的方式验证其稳速和调速过程的性能指标。其次,为了陀螺飞轮系统各模块可以与主站保持实时性的通讯,方便数据统一的监测和管理,设计并实现了Ether CAT从站电路作为陀螺飞轮系统的通信部分。按照OSI参考模型中物理层、数据链路层和应用层的结构搭建Ether CAT从站电路,同时从信号完整性的角度简要分析了串扰、地弹噪声、轨道塌陷、信号反射对波形的干扰,提出了电路在PCB布局中的优化建议。在Ether CAT从站软件设计的角度,利用从站设备微处理器搭建应用层协议编程平台,对Ether CAT状态机和过程数据通信协议进行编程,并在Twin CAT3作为主站的环境下,利用Wireshark抓包软件对通信的性能和可靠性进行分析。最后,为保证陀螺飞轮系统姿态解算的精度,设计并实现了基于电阻采样方案和改进的电流/频率转换方案的电流精密检测电路。对两种方案的误差来源进行了定量分析,并针对性地进行了元器件选择,做出了尽可能的硬件补偿。在试验测试阶段,详细介绍了数据拟合和精度测试的过程,给出了两种方案各自的测试结果。最后,通过傅里叶分析的方法对测试结果中的谐波来源进行猜想,并对两种电流精密检测方案进行了对比分析。