论文以我国典型的航天器推进系统(DFH卫星推进系统和SZ推进舱推进子系统)为研究对象,系统、深入地研究了推进系统故障诊断涉及的动力学建模与仿真、故障模式分析与故障效应仿真、集成定性定量的故障诊断、故障可诊断性分析与传感器优化配置等内容,设计实现了航天器推进系统故障诊断系统。针对航天器推进系统复杂供应管网的动力学特性,建立了推进系统的模块化组件模型库,以此为基础构建了DFH卫星推进系统的动力学仿真模型。针对该推进系统进行了启动和关机过程的动态仿真,结果表明:①在主发动机充填和关机过程中,系统不同位置均出现了显著的水击现象,关机过程的水击频率和峰值压力均显著高于充填过程;②由于姿控供应管网的分流,主供应管路充填过程中水击峰值压力和衰减时间均比其独立工作时显著减小;③在供应管路中增加节流孔,可有效削弱充填、关机过程中的水击效应;利用充填惰性气体或合理采用弯管,也可有效削弱充填过程中的水击效应。针对航天器推进系统故障样本数据、模式特征和诊断知识难以获取的问题,深入开展了航天器推进系统变轨过程和姿控过程的故障模式与效应分析。针对泄漏与堵塞两大类典型故障模式,分别数值模拟了6种典型故障效应及2种典型故障过渡特性,研究结果可为掌握特定故障对推进系统的影响,并评价特定故障状态下各性能参数的变化和敏感性提供支撑。针对航天器星上资源有限、推进系统在轨测量参数少的特点,研究并发展了航天器推进系统基于SDG模型的定性诊断方法。研究结果表明,定性SDG模型用于诊断分析时完备性较好,针对DFH卫星推进系统的实例最终得到5个潜在故障集,以及针对SZ推进舱推进子系统的实例最终得到4个潜在故障集,上述故障集均能够覆盖所有可能的故障源。然而,基于定性SDG模型的诊断方法存在分辨率不高、故障难以准确定位的缺点,因此需要结合定量信息对方法进行进一步的改进。针对基于定性SDG模型方法故障分辨率不高的问题,论文从两个方面研究并发展了集成定量信息的SDG动态故障诊断方法。一是建立了附带时间信息的SDG模型,发展了相应的故障诊断策略;二是从组件的数学模型分析节点间的影响关系,并集成到SDG模型中。SZ推进系统的诊断实例表明,该方法较好地利用了SDG动态模型所包含的初始响应和历史信息,以及推进系统各组件数学模型包含的变量间定量约束关系,能够有效地提高故障诊断分辨率,3个诊断实例的研究结果都能够准确定位到唯一故障源。针对故障可诊断性这一重要性能指标,研究并发展了航天器推进系统的故障可诊断性(包括可检测性和可隔离性)评价方法。对比分析结果表明,传感器布置的数量和位置,对系统的故障可诊断性具有重要的影响,可隔离性对传感器测量信息的要求比可检测性更高。在DFH卫星推进系统只有5个飞行遥测参数的情况下,其可检测度约为62.8%,可诊断度约为30.2%;而SZ推进舱推进子系统具有26个飞行遥测参数,其可检测度为100%,可诊断度约为38.2%。研究并发展了基于故障可诊断性思想的传感器优化配置方法,在DFH推进系统新增了10个传感器测点。针对该配置结果,重新进行了故障可诊断性分析,研究结果表明:①基于可检测性的传感器配置可大幅度提高故障可检测度指标,该推进系统的故障可检测度由62.8%提高至100%;②基于可隔离性的传感器配置之后,该推进系统的可隔离故障比例显著提高,故障可诊断度由30.2%上升至55.8%。针对航天器推进系统故障诊断的工程实用问题,提出了可扩展的故障诊断系统总体框架。基于该系统框架,设计实现了故障诊断子系统(包括数据采集模块、故障检测模块、故障诊断模块、诊断数据库),并设计实现了模拟仿真子系统(包括系统动力学仿真与故障仿真模块、回放数据库、模拟输出模块)以满足故障诊断子系统的考核验证需求。针对DFH卫星推进系统,在实验室环境下进行了集成测试与仿真、遥测数据的考核验证。结果表明,所研制的故障诊断系统工作稳定可靠,采集数据准确,在6次数据考核中没有误报警和漏报警,能够满足工程实用的需要。论文的研究结果为设计和实现工程实用的航天器推进系统地面试验和在轨故障诊断系统奠定了坚实的理论和技术应用基础,对提高我国航天器推进系统的可靠性、安全性也具有重要的参考价值。