船舶通常运行在特殊且较恶劣的外部环境下，其操艇控制系统的安全性、可靠性和稳定性至关重要。在实际运行过程中，系统可能会产生各种故障，例如，通信线路在传输过程中可能会引入干扰造成通信错误，开关发生误动作等。这种特殊运行环境决定了控制系统必须具备高度安全可靠性，从而控制系统在故障时能作出正确的决策。船舶控制系统在线式故障注入平台是安全性实验室的大型重要设备，根据操艇系统的运行特性，通过故障注入技术模拟实际运行中发生的各类故障，人为地将其注入到系统中，为船舶控制系统的容错技术研究提供软硬件的开发平台，并为容错控制原型验证提供测试条件。本文的研究重点及取得的成果主要包括以下几个方面：（1）介绍了在线式多类故障注入控制平台研制的研究背景及意义，分别对故障注入技术、容错技术和数字滤波技术的研究现状进行了阐述，对船舶操艇控制平台进行了需求分析。（2）阐述了故障注入的原理及流程。提出并研制了一种应用于船舶系统的在线式硬件故障注入控制平台，由硬件电路完成各类故障的注入，真实地模拟实际运行中船舶可能发生的故障。这种方法弥补了传统故障注入方法偏向于软件注入，实时性不高，且无法实现位移传感器这类阻抗型故障的注入等不足，同时实现了故障注入技术从计算机或控制学科到电气领域的跨越。提出了操艇控制系统故障注入平台的整体设计方案，其中故障设置及注入装置与本地控制单元为最主要的两部分，并提出采用传感器冗余技术来提高系统可靠性。（3）提出了一种在线式技术，解决了更换注入故障类型时需要断开电源重新接线的问题，在上电的情况下，可以安全地连接或断开线路，实现真正的即插即用，提高了系统的灵活性与可靠性。（4）提出了故障设置及注入装置的硬件整体结构框架，主要用于对开关量、电压型模拟量、电流型模拟量、阻抗型模拟量信号实施故障设置及注入，可模拟船舶的各种常见故障。故障注入电路需要叠加白噪声、正弦波、矩形波等信号，本文以白噪声信号为例，提出了一种幅值可调的高斯白噪声信号产生方法，通过改变方差值，可得到不同信噪比的白噪声信号。设计了上下位机以太网通信的硬件部分，可以实现对下位机DSP运行的控制，同时监视下位机硬件系统的运行状态。搭建了电压型、电流型模拟量故障注入控制板及执行板的硬件电路，通过两种方案的对比，选出了效果更佳的故障注入电路结构；搭建了阻抗型及开关量的故障注入电路，实现了多类故障的注入。（5）按照功能需求建立了故障注入系统的软件整体架构，主要分为上位机软件及下位机软件。详细阐述了软件开发与编码遵循的的原则及开发流程。针对上位机软件设计了控制平台的软件界面，给出了包括主程序、通道搜索、故障状态显示、故障注入、历史数据查询程序，界面友好，易于人员操作。此外，还对上下位机的通信控制流程进行了详细的阐述。（6）提出了一种应用于船舶阀控操舵系统的递推积分PI控制策略。对阀控操舵系统进行了数学建模，得出了其闭环传递函数，在此基础上，对控制算法进行了仿真，取得了较好的仿真效果，实现了对舵角的稳态无误差控制。为提高采样系统的可靠性，针对船舶操舵系统的采样对象设计了一种新型中位值加权平均数字滤波方法，实验表明，可以有效地对采样信号的干扰进行滤除。在此基础上，本文对船舶系统故障注入平台的本地控制单元进行了硬件和软件的设计。本文针对大型船舶控制系统研制了在线式的多类故障注入控制平台，可实时模拟船舶运行在海洋环境下可能发生的各类故障。由故障注入及设置装置实现故障的注入，本地控制单元采集数据并送至容错计算机进行容错计算，由本地控制单元完成对泵控、阀控等系统的闭环控制。因此，本文提出的故障注入控制平台对于提高船舶运行的安全可靠性具有重要实用意义。