反作用飞轮电机是卫星姿态控制系统中的重要执行部件,由于它具有控制精度高、寿命长、使用灵活的特点,因而广泛的应用在高精度的卫星姿态控制系统中。近年来具有重量轻、性能好、研制周期短、造价低等特点的现代小卫星在通讯、遥感、电子、侦察等领域获得了广泛的应用,是当前航天技术发展的重要方向之一。为了适应现代小卫星的发展需要,星上姿控系统对飞轮电机提出了更高的要求。一方面要求飞轮电机效率高、重量轻、体积小以节省有限的星上能源,减小卫星重量;另一方面需要飞轮电机的输出力矩平稳,使得反作用飞轮对卫星姿态的实现精确控制。本文针对反作用飞轮的核心部件飞轮电机进行了研究,设计了电机本体的结构并进行了控制策略的研究。首先介绍了飞轮电机的结构及其技术指标,采用电磁场有限元时步法进行暂态场计算,基于电磁场计算进行飞轮电机的电磁设计,优化了磁路及绕组参数,降低电机的损耗、提高效率。针对飞轮电机的力矩控制模式,研究了电流闭环控制方法。采用能耗制动和反接制动的制动方式,使电机输出反向力矩,利用数字信号处理器对桥臂电流进行闭环控制,通过对三相桥臂开关管的调制波幅值进行判断,实现能耗制动与反接制动的切换判断,解决了制动转换电路复杂和存在转矩跳动的问题。将电磁场有限元计算软件FLUX与系统仿真软件MATLAB有机地相结合,建立了飞轮电机驱动与控制系统的精确数学模型,进行了联合仿真运算。准确地计算了电机系统的特性,验证了控制策略的有效性。最后利用数字信号处理器构建了飞轮电机的控制器,进行了硬件与软件设计,并对反作用飞轮进行了实验研究。实验表明本文采用的控制方法能够在简单的电路上实现能耗制动与反接制动的平稳切换,使得飞轮电机输出平稳的转矩,提高卫星姿态控制的精度。