本文以陀螺飞轮的开发与应用为研究背景，实现对调速飞轮系统的驱动与控制。系统采用锁相环技术实现飞轮高精度的稳速控制，并实现一定范围的调速控制。分别以锁相环集成芯片和可编译器件FPGA为核心，实现了调速飞轮驱动控制系统。首先，本文建立了调速飞轮系统无刷直流电机的数学模型。针对系统中采用的锁相环控制方法进行分析，利用十状态鉴频鉴相器来减小噪声和毛刺对系统的干扰，采用带有超前滞后因子的环路滤波器改善系统动态性能。通过向系统输入相位斜坡信号和相位加速度信号，从理论上了分析飞轮系统的稳速和变速效果。利用Matlab仿真分析得出，飞轮系统可以达到很高的稳速精度，对于速度变化在一定范围内的控制信号，也有理想的跟踪效果。其次，针对于调速飞轮系统的仿真模型，通过锁相环等集成芯片实现系统硬件电路。包括利用UC3635来实现鉴频鉴相功能；以集成运放搭建二阶低通滤波及环路滤波器；采用新型的电机控制器生成PWM控制信号，并完成相应的换向逻辑；以紧凑型的智能功率模块构建逆变电路；设计泵升泄放功能电路实现对硬件电路的保护等。然后，利用可编程逻辑器件FPGA来集成硬件电路中大部分模拟器件实现的功能。包括十状态鉴频鉴相器，二阶巴特沃斯滤波器、具有超前滞后因子的环路滤波器。通过计数功能得到三角形载波，生成规定频率的PWM控制信号，以PWM-ON的调制方式实现驱动的换向逻辑。利用Quartus Ⅱ进行功能与时序上的仿真，验证设计各模块的正确性。最后，对两种硬件电路分别进行调试，通过飞轮电机在实验过程中稳速和变速的控制效果，验证了利用锁相环技术可以很好的实现在调速系统中的应用，并且两种设计方法均能很好的实现调速飞轮系统的驱动与控制。