随着自动化及集成程度的提高,系统愈发复杂,现代系统故障诊断方法和技术作为主动容错控制的前提,已成为该领域最具前沿性的研究热点。被控对象(机械本体)和控制系统作为现代系统的重要组件,相应的故障诊断已发展成为两个不同的研究方向,前者以监测和诊断过程对象为目的,典型的为机械本体零部件之一的转子系统故障诊断研究;后者以控制为目的,集中于对控制系统中执行器和传感器的故障诊断研究,但对被控对象(机械本体)的故障诊断方法研究甚少。为此,在深入思考非线性系统中被控对象的特点及对系统性能影响的基础上,定义了闭式被控对象的概念;以控制为目的开展了针对闭式被控对象的故障诊断方法研究,并应用于固定翼无人机闭式被控对象的故障检测。该研究对故障诊断方法以及丰富故障诊断内容具有重要的科学意义,在工程应用领域具有广阔的前景。状态空间分析法是有效的非线性系统分析方法。针对闭式被控对象故障、控制系统中传感器故障和执行器故障描述了一类连续不确定非线性动态系统的状态空间模型,为故障诊断分析和方法研究奠定了理论基础。为了实现非线性系统中传感器、执行器和闭式被控对象的故障隔离,针对系统中存在单一故障,提出了基于双滑模观测器的故障隔离方法,即对整个非线性系统和执行器系统分别设计滑模观测器,根据两观测器的残差变化依次诊断出传感器、执行器和闭式被控对象故障,通过数值仿真,验证了该方法的有效性。在故障隔离时执行器的故障诊断对确定闭式被控对象的故障起到了决定性作用。故针对非线性系统中含有多个执行器情形,提出了基于多滑模观测器的执行器故障诊断方法,对系统中包含的多个执行器设计彼此独立的全阶滑模观测器,各观测器的残差变化反映出了每个执行器故障,仿真结果表明:实现了执行器的故障检测与隔离;通过设计的降维状态观测器,并结合曲线拟合方法,重构执行器故障并给出了设计步骤。由于执行器故障和闭式被控对象故障在状态空间模型描述上具有相似的表达形式,使得难以实现故障隔离。从闭式被控对象自身分析提出了基于滤波器的闭式被控对象故障检测方法,即建立仅包含闭式被控对象的状态空间模型,模型输入量为执行器的输出量,若执行器无故障、系统无干扰时,模型中状态变量的异常能够反映出闭式被控对象故障;推导了闭式被控对象的线性离散化模型,分析线性离散化系统的可观性和可控性条件;考虑最优滤波器的一致稳定条件,运用卡尔曼滤波实时状态估计;为了检测出微小故障或早期故障,定义了故障特征指数;最后对闭式被控对象系统中常见的阶跃突变和缓慢漂移两类故障进行仿真,验证了方法的可行性。将上述提出的故障隔离和检测方法应用于超小型固定翼无人机闭式被控对象的故障诊断。首先,在转动惯量并未约简的条件下推导了闭式被控对象运动学和动力学方程,并在特定条件下进行运动解耦得到线性横向和线性纵向运动模型;其次,为了消除运动模型中的干扰和噪声影响,设计了最优干扰解耦观测器,通过仿真实现闭式被控对象的故障诊断;最后,结合固定翼无人机飞控系统的特点和结构,针对闭式被控对象的干扰或故障,分析了在原有飞控基础上扩展被控对象故障诊断模块或自主设计具有被控对象故障诊断功能的新飞控系统的设计思想,搭建了主要结构框架。为闭式被控对象故障时的重构控制系统提供了新思路和新方法,同时也丰富了故障诊断和重构控制系统的内容。