本发明公开了一种基于电压模型的球电机控制系统，该系统通过轨迹误差和控制信号模块（11）进行转子期望轨迹参数设置与球电机外环输入控制信号的求解，所述球电机外环输入控制信号经动力学分析模块（12）、反转矩求解模块（13）、第一减法运算模块（31）、代数运算模块（32）、第二减法运算模块（33）后输出定子线圈的电枢电压误差；所述定子线圈的电枢电压误差经反电动势求解模块（21）的处理获得定子线圈的反电动势电压；然后线圈电流获取模块（34）进行电压转电流处理，转换后的电流经矢量运算模块（41）、反动力学分析模块（42）、第一积分运算模块（43）和第二积分运算模块（44）处理，最后输出转子实际轨迹参数。该控制系统结合了球形电机的电压模型和动力学模型，利用欧拉角形式表达转子实际轨迹参数，使得本发明设计的控制系统能够适用于三自由度永磁球形电机的控制。