实际系统大多是非线性的,难以利用线性系统理论建立故障可诊断性的判别条件,再加上噪声干扰的存在,更是在可诊断性评价中引入了随机影响。关于仿射非线性系统故障的可诊断性评价与设计,还没有形成普遍适用的方法。本文基于微分几何理论,针对仿射非线性系统、仿射非线性控制系统以及噪声作用下的仿射非线性系统,对系统故障可诊断性分析与设计方面进行研究,主要内容如下:定义了非线性系统关于故障的能控性分布与能观性对偶分布。对于同一时间只有一个故障发生的仿射非线性系统,从系统分解的角度给出了非线性系统故障可诊断性的判定条件;在此基础上研究了控制输入对可诊断故障可检测性的影响。针对存在噪声干扰的单输出仿射非线性系统,分析了扰动噪声的能观性子系统与故障的能观性子系统的差异性,定义了空间相似度、故障漏报率与故障可检测性量化指标;分析对比了两个可检测故障能观子空间之间的差异,定义了故障重复率与故障可分离性量化指标。对于多输出系统,通过将其分解为多个单输出系统进行可诊断性分析。针对仿射非线性系统满足故障可诊断性的最小数量传感器优化配置问题,提出了一种建立故障传播有向图的新方法,并对贪婪算法进行改进以实现传感器一次故障仍然满足故障可诊断性。以故障能控能观子空间最大为约束条件,建立了优化问题模型,通过改进的PageRank算法全局评估各个测点的独立性,以实现测点的传感器优化配置。将上述理论分析与设计方法应用于点质量卫星控制系统的故障可诊断性问题。再次对其理论推导的正确性和方法的有效性进行验证。