飞轮是卫星姿态控制系统的关键执行元件。提高飞轮控制系统的性能对卫星姿态控制系统具有重要意义。飞轮系统内部存在的多种干扰和噪声,如摩擦力矩干扰和速率测量噪声等,会使飞轮执行指令产生误差,给卫星姿态控制系统带来干扰。需要设计合适的控制线路与控制算法,以提高飞轮控制系统的性能。本文以“飞轮控制系统”实际研发项目为背景,设计实现了一套反作用飞轮控制器,并对飞轮控制进行了系统而深入的研究。本文首先建立了飞轮动力学模型,深入分析了飞轮系统中干扰和噪声的机理,重点讨论了摩擦力矩干扰和速率测量噪声的特性。之后,分别对速率模式和力矩模式下的飞轮控制系统进行了设计与仿真,并对控制器进行优化使所设计的飞轮控制器能够有效地抑制干扰,达到快速复现指令的性能要求。其次介绍了飞轮控制系统的总体结构。飞轮控制系统是个多回路系统,内回路为电压稳定回路,外回路在不同的工作模式下分别为电流回路和转速回路。接着给出了飞轮控制器的硬件实现,包括脉宽调制及电压稳定回路单元、数字控制器单元、逻辑换相及功率驱动单元、能耗制动等单元。然后给出了飞轮控制系统软件控制算法流程并简要介绍了上位机监控软件的功能与流程。最后给出了飞轮控制系统运行结果,并做了进一步的分析与总结。通过分析得出,飞轮控制器具有较高的性能。