实现对卫星姿态进行控制的诸多执行元件中,飞轮系统具有其它执行元件无法替代的独特优点,所以飞轮系统的研制及应用已受到国内外的广泛关注。近几年,随着各种功能卫星发射的越来越多,人们对飞轮的体积、重量、能耗等要求越来高,而原有的以模拟电路为基础的设计方案已经不能完全满足需求。鉴于电子工艺水平的不断提高,大规模可编程器件产品的出现,使得满足上述功能的数字飞轮控制器的设计与实现成为可能。本文以Xilinx公司的SPARTANII系列中XC3S250芯片为数字控制器,通过对飞轮控制系统进行深入的研究完成了数字飞轮控制器设计和实现。本文首先分析了国内外数字化系统的发展特点,简述了数字系统的优点,并简单介绍了数字飞轮控制器国内外的发展状况,介绍了数字飞轮控制器所具有的优点。其次,完成了对飞轮控制系统的建模与分析。通过对飞轮的摩擦力矩干扰和噪音分析,在采用速率反馈控制的基础上,提出了飞轮系统模糊自整定PID控制算法。通过建立一个模糊自整定PID控制规则对飞轮模型进行的控制,并与传统PID控制方式进行了比较。由仿真结果可知,模糊自整定PID控制相较于传统PID控制可以达到零超调、超小稳态误差、超短响应时间、抗干扰、抗噪声的指标,满足中小动量飞轮的设计要求。再次,实现了以FPGA为核心的飞轮控制器的外围硬件电路的设计,其中包括串口通信、电流检测保护、电机功率驱动、光电码盘信号处理,电源电路等主要单元,并绘制PCB板,完成了实验板的制作。最后,使用Verilog硬件设计语言完成了FPGA的功能模块设计和实现。其主要工作有串行通信模块、通过光电码盘信号测速和判向模块、电机驱动信号模块、数字PID算法模块和模糊控制规则模块,对模块功能进行了仿真分析。