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随着人们对系统可靠性要求的提高，容错控制系统在航空、航天、核能、船舶、通信、金融等领域中得到了广泛的应用。虽然容错控制系统可靠性非常高，但为了对系统进行维修以及进行重构，必须对容错控制系统进行故障诊断；同时，为了衡量容错控制系统的可靠性，还需要对容错控制系统综合可靠性进行分析。在充分分析现有容错控制系统故障诊断技术的基础上，针对容错控制系统故障诊断中存在的问题，从容错控制系统的特点出发，依次对容错控制系统通道内建模方法、通道间建模方法、自适应阈值算法以及鲁棒故障诊断策略进行了研究。同时，给出了控制系统时域性能可靠性的概念和完整数学描述。另外，结合功能可靠性和性能可靠性，对容错控制系统综合可靠性分析方法进行了研究，给出了综合可靠性完整的理论和计算方法，克服了传统可靠性分析过程中忽略故障诊断影响的缺陷。在容错控制系统建模的过程中，首先分析了离散控制系统的特点和递归方程，提出了采用“输入序列无限延迟”的神经网络对系统进行辨识，然后，对“输入序列无限延迟”的神经网络改进后，得到与离散控制系统模型结构非常相似的TDElman神经网络，采用该网络对控制系统建模；同时，采用“带耦合输入端建模方法”解决了余度舵机通道间在不需要解耦的情况下难以建模的问题。详细分析了影响残差的因素后，提出了“时频二维自适应阈值算法”，给出了该算法的理论依据以及计算方法。该算法解决了固定阈值对具有输入扰动、随机干扰容错控制系统故障诊断鲁棒性差的问题，提高了故障诊断的成功率。针对采用单独的模型对系统进行故障诊断存在高漏检率和高虚警率的问题，提出了采用“基于层次模型主观Bayes推理的故障诊断和定位策略”。该方法充分利用多层次模型检测结果中的冗余信息，将对象多个模型的故障检测结果采用Bayes推理的方法相融合，而获得最后的故障诊断结果，具有高的故障诊断准确率和低的虚警率以及很强的鲁棒性，同时该方法还可以对故障进行定位。由于传统可靠性评价仅局限在功能可靠性的角度，而容错控制系统具有很强的动态性能要求。本文提出了控制系统性能可靠性的概念，给出了理论及计算方法；同时结合控制系统功能可靠性和性能可靠性，将故障检测率、故障隔离率以及故障虚警率都考虑在内，给出了容错控制系统综合可靠性（加权平均可靠性）的完整的理论和计算方法；研究了性能可靠性对容错控制系统综合可靠性的影响；研究了故障诊断对综合可靠性的影响。