电机及其驱动系统在工业、电气化交通运输业、航空航天、电力系统等领域被广泛使用。功率变换器、传感器和电机是电机及其驱动系统的核心,也是故障最为频发的元器件和关键设备。这些元器件、设备的故障将严重影响系统的运行性能,更为甚者,造成驱动系统崩溃并导致人员伤亡与经济损失。论文针对电机及其驱动系统中几个常见的元器件故障,如功率变换器功率管开路故障、电机速度和电流传感器开路故障、感应电机转子导条断裂等典型的故障开展研究工作,旨在探索其故障机理,研究相应的故障诊断方法,以提高系统的可靠性并降低其运营维修成本。针对功率变换器功率管较为典型的开路故障,提出了基于曼哈顿距离和电流极性等特征量的在线故障诊断方法。利用共享电流传感器的信号作为输入,以三相定子电流曼哈顿距离为特征量来检测故障并定位故障桥臂,以定子电流极性为特征量来定位具体的故障管。实验结果验证了所提出的方法在不同转速与不同负载下的抗扰动能力,同时验证了所提出的方法对单管和双管故障的有效性。与经典的故障诊断方法相比,所提出的方法具有成本低、抗扰动能力强、工程实用性强等优点。针对电流传感器与位置/速度传感器开路故障,提出了基于滑模观测器的故障检测与系统容错方法。通过建立系统的滑模观测器模型,获得系统输出电流与速度信号的预测值,利用预测值与系统实际输出值的残差分析并检测系统的传感器故障,在故障被检测的情况下,针对电流传感器,提出了一种v/f控制算法以实现故障情况下系统的平滑切换;针对位置/速度传感器,提出了一种反电动势直接计算法以实现故障情况下系统的平滑切换,实验结果表明:所提出的算法能够在线检测故障并实现故障前后系统平滑切换与容错控制。针对感应电机内部典型的转子断条故障,提出了基于Min-Norm算法和最小二乘法估计感应电机转子断条故障的在线检测方法。该方法利用SVD最小二乘法改进了Min-Norm算法,以定量分析故障状况下定子电流各频率分量幅值和相位,通过实时的计算电流各频率的幅值和相位,实现转子断条故障的检测。实验结果表明:所提出的故障诊断方法可以有效快速的检测电机转子导条断裂故障。与传统的离散傅里叶方法相比,论文所提的方法具有估计精度高,数据窗长度短的优点。论文以电机及其驱动系统功率变换器功率管开路故障、速度和电流传感器开路故障以及电机内部转子断条为研究对象,开展深入机理分析和算法研究。针对不同故障类型分别提出了相应的在线实时的故障诊断方法,并且所提出的方法均具有良好的工程实用性。实验结果表明:所提出的方法具有高效性,可以检测并识别以上故障,并可以实现其中部分故障的容错控制。本文的研究工作对提高整个电机及其驱动系统的可靠性和安全性,降低系统的运营维修成本,具有较高的工程实用价值。