（1）鎖相高精度速度控制 為了實現高精度的姿態控制，要求磁懸浮飛輪的高速永磁無刷直流電機具有0.1％以上的穩速精度，PID控制難以達到這一精度要求。鎖相技術在高精度電機速度控制方面具有獨特的優勢，當電機轉速的反饋頻率信號和參考頻率信號同步時，穩速精度可達0.1％～0.02％。但其在動態性能和抗干擾能力方面有明顯的缺陷。因而，在滿足穩態精度的同時，兼顧動態性能和抗干擾能力，是鎖相調速技術研究的重點。圖1給出了電機鎖相速庋控制系統的結構。
圖1 鎖相速度控制系統結構圖
鎖相調速控制系統由鑒相器、環路濾波器和壓控振蕩器組成，鑒相器是鎖相環的關鍵部分。在鎖相調速系統中，鑒相環節一般采用鑒頻－鑒相器（PFD）或采樣－保持鑒相器。雖然PFD的捕捉帶為無限大，理論上可以不需要速度輔助控制措施，但PFD存在飽和鑒相特性，單純依靠PFD進行調速，電機的動態響應并不理想。
為了改善動態響應、提高抗干擾能力，電機鎖相控制可采用以下兩種方案：
1）雙模控制。即在大速度誤差范圍內采用常規速度反饋控制，一旦進人預先設置的誤差帶則轉人鎖相控制，避免了鑒相器的非線性工作區，只需考慮平衡點附近的穩定性，需要解決的問題是兩種控制模式的平滑快速切換以及切換后如何在一個控制周期內實現快速的相位鎖定。
2）始終由鎖相環控制。由于鑒相器的飽和鑒相特性，使大的速度階躍響應較慢，且要考慮非線性系統的特殊現象，如多平衡點、極限環、分岔和混沌等，這樣就需要分析鑒相器的非線性特性和鎖相環的全局穩定性，并在此基礎上設計鎖相非線性控制器。
（2）高速轉矩脈動抑制 電機驅動力矩的波動是引起轉速波動和噪聲的基本原因之一。飛輪電機高速運行時，大轉動慣量的機械濾波作用雖然可以在一定程度上減小轉矩波動分量對轉速的影響，但仍需通過控制手段將這一內干擾力矩抑制在一定范圍內。永磁無刷直流電機的電磁轉矩是電樞反電動勢和電樞電流的函數，對于非理想反電動勢波形引起的轉矩波動，常通過直接對電流波形的優化控制或轉矩反饋環節予以抑制和補償。
對于采用HALBACH磁體結構的高速無刷直流電機，由于具有近正弦性氣隙磁通密度分布的特點，可采用正弦波調制或空間矢量調制方式，這樣有利于減小高速電機的脈動轉矩。
（3）降低鐵耗的控制方法 高速無刷直流電機額定轉速運行時，由電流引起的損耗顯著增加，該損耗在總損耗中占有相當大的分量，這一損耗包括電機功放的損耗、電機的銅耗及電機繞組由于有電流而引起的附加損耗。其中，前兩項損耗相對較小，并且決定于第三項損耗所引起的電流大小。因此降低電機繞組電流所引起的附加損耗成為降低功耗的另一重要途徑。這部分損耗由定子電流非連續跳變在轉子中引起的損耗和定子電流的PWM分量所引起的損耗兩部分組成。
由定子電流非連續跳變在轉子中引起的鐵耗，盡管不可避免，但可以降低。采用疊片式轉子鐵心和疊片式永磁體保護套或不導電不導磁的磁體保護套，可以大大降低該損耗中在轉子鐵心和永磁體保護套中的比重；或采用無鐵心定、轉子和非導電和非導磁的永磁體保護套，可以完全消除該種損耗在其中的分量。當然，該損耗在永磁體中的分量不但不可避免而且也難以降低。由定子電流的PWM分量所引起的損耗具有高頻的電流分量，由于轉子的轉動頻率與PWM的開關頻率相比差別很大，因此可以認為電機的定轉子同頻率地感應著一個高頻磁場，這一高頻磁場會在定子、轉子中產生渦流損耗。分析表明，這一損耗是定子電流脈動幅值平方的函數。隨著轉速的升高，調制信號的占空比增大，電流脈動的幅值也增大，導致這一功耗的增大。
與有定子導磁鐵心的永磁無刷直流電機相比，定子無鐵空心杯型高速永磁無刷直流電機的電樞電感極小，一般只有十幾到幾十微亨。此時，由PWM的調制引起的電樞電流脈動較大，圖2給出了兩相導通星形三相6狀態的小電樞電感永磁無刷直流電機相電流波形。減小電流脈動通常有兩種方案：一是提高PWM的載波頻率，但隨著載波頻率的提高，功率器件的開關損耗會顯著增大，給散熱帶來困難，采用軟開關方法雖然可以降低開關損耗，但實現軟開關的電路結構和控制方法都過于復雜；二是隨著飛輪電機轉速變化自動調節直流母線電壓。
圖2 小電樞電感永磁無刷直流電機相電流波形
這樣在120°導通區內電樞電流為方波，如圖3所示。
圖3 基于BUCk變換器拓撲的電機相電流波形
可見，采用該方法能夠從根本上消除由于PWM調制引起的電流的非連續跳變，從而有效抑制了由定子電流的PWM分量所引起的電機鐵耗。