基于动量交换原理的姿态控制执行机构的实现技术一直是航天器发展的关键技术之一。本文以应用在变速控制力矩陀螺(VSCMG)和陀螺飞轮(Gyrowheel)中的飞轮调速系统为研究背景，研究了此类姿态控制机构中的飞轮调速系统的驱动及控制技术。在飞轮调速系统中要求飞轮电机不仅能够实现高精度的稳速控制，同时还能实现一定范围内的变速控制。因此飞轮调速系统所选用的伺服控制方法为锁相环伺服控制方法。首先，本文针对飞轮调速系统所采用的无刷直流电机，给出了二阶的电机控制模型。对锁相环控制系统进行了分析，验证了多状态鉴频鉴相器要优于常见的三状态鉴频鉴相器控制模型；同时分析了不同型别锁相环所对应的环路滤波环节的表达式。针对二型锁相环系统跟踪速率斜坡信号时存在稳态误差，只能实现电机稳速控制的现状。提出了高无差度型别的三型锁相环系统和基于前馈控制方法的双锁相环控制系统。针对这两种不同的控制方法分别进行了数学建模以及matlab仿真分析，仿真结果表明这两种控制方法可以很好的跟踪相位斜坡信号和相位加速度信号，实现了飞轮调速系统的稳速控制和变速控制。然后，本文针对锁相环系统实现飞轮电机稳速/变速控制的两种方法，设计出相应的硬件实现电路。三型锁相环系统包括由锁相环专用芯片实现的十状态鉴频鉴相器，由集成运放搭建的环路滤波及高型别的校正环节，由电机和反馈元件构成的压控振荡器等。前馈控制法的双锁相环系统使用可编程逻辑器件FPGA实现，内部含有双鉴频鉴相器模块，PI形式的环路滤波模块，主动反馈模块和PWM产生模块等。最后，对两种硬件设计电路进行相应的调试。实验验证两种设计方法均能很好地实现飞轮系统的稳速和变速控制，均能很好地应用到实际的飞轮调速系统的驱动及控制方案中。