故障诊断与容错控制技术是提高动态系统安全性、可靠性的一种极为重要的途径，因而深入研究故障诊断与容错控制技术，不但具有重要的理论意义，而且也具有巨大的实际应用价值。目前关于故障诊断与容错控制技术的研究引起了广泛关注，已经成为控制界的热门研究课题之一。 在各类工业系统中，时滞现象是极其普遍的，如长管道进料或皮带传输、极缓慢的过程或复杂的在线分析仪等均存在时滞现象。此外，对许多大时间常数的系统，也常用适当的小时间常数加纯滞后环节来近似，这都可归结为时滞系统模型。时滞的存在使得系统的分析和综合变得更加复杂和困难，同时时滞的存在也往往是系统不稳定和系统性能变差的根源。正是在这一背景下，本文系统地研究了时滞系统的故障诊断与容错控制方法，主要内容及研究成果如下： 提出了一种利用未知输入观测器的时滞系统故障诊断方法。通过对时滞系统设计未知输入观测器，利用观测的状态得到残差，从而诊断出时滞系统的故障，根据残差向量的方向性，通过比较残差和故障信号进行故障分离，并给出了故障诊断系统阈值的选取原则。研究了自适应观测器在时滞系统故障诊断中的应用问题。针对一类含有未知输入干扰和模型不确定性的时滞系统，通过设计自适应诊断观测器，得到了一种新型的故障诊断方法。首先考虑线性执行器故障，设计了检测观测器和自适应诊断观测器，前者用于故障检测，后者能估计出故障随时间的变化。然后将该方法拓展到非线性执行器故障，给出了非线性故障诊断方法。传感器故障用一个时变函数模型表示，设计的自适应观测器具有双重功能：首先作为故障检测观测器能够检测出故障的发生，然后作为故障诊断观测器能够理想地估计出故障随时间变化的形状，算法既能诊断阶跃故障，又能诊断慢时变故障。 研究了不确定时滞系统的鲁棒故障估计问题。针对一类含有未知输入干扰和模型不确定性的时滞系统，通过变换将原系统分成两个子系统，一个子系统不受故障的影响，可以设计鲁棒观测器；另一个子系统受到故障的影响，但是它的状态是可以测量的。设计的观测器利用解析冗余的方法实现执行器故障和传感器故障估计。本方法只要求干扰有界，不同于有的文献上要求干扰解耦，因而实用性更强。 研究了具有H∞性能的时滞系统故障估计的反卷积方法，提出了线性连续时滞系统的H∞反卷积滤波器。分析了反卷积滤波器的一般结构和新息结构，指出新息结构下，反卷积滤波器的功能等效于输出观测器和一个线性映射，该线性映射反映了未知输入估计与输出估计误差的内在联系。基于有界实引理给出了线性连续时滞系统H∞反卷积滤波器存在的充分条件和滤波器的时域设计方法。滤波器的设计参数可通过求解一个Riccati方程得到。本文提出的反卷积滤波器可解决不知道干扰统计信息的滤波器设计问题。 研究了时滞系统的状态与未知输入同时估计问题。考虑一类时变时滞非线性系统，系统的非线性包括两部分：一部分满足李普西兹条件，另一部分为未知，包括系统的外界扰动或模型不确定性等。通过构造增广系统和对它设计未知输入观测器，实现了状态和未知输入的同时估计。观测器的参数通过解Riccati不等式或LMI容易得到。 研究了时滞系统的容错控制问题。研究了两种方法：主动容错控制和被动容错控制。针对一类含有时变多状态滞后、参数不确定性和未知非线性的系统，采用带有滞后的状态反馈控制，给出了时滞系统对执行器失效和传感器失效具有完整性的充分条件和容错控制算法。针对一类线性时滞系统，在对非严重故障进行估计的基础上，设计了一个附加的控制器，减少了故障对系统的影响，实现了系统动态特性的主动容错控制。 文中做了大量的仿真研究，通过仿真结果来验证所提出算法的有效性。 综上所述，本文主要有以下几个创新点： 1.提出了一种利用未知输入观测器的时滞系统故障诊断方法。针对线性时滞系统，利用设计的未知输入观测器得到残差，进而检测故障。根据残差向量的方向性信息进行故障分离。通过对一类时变时滞非线性系统构造增广系统并设计未知输入观测器，实现了状态和故障的同时估计。 2.研究了自适应观测器在时滞系统故障诊断中的应用问题。针对一类含有未知输入干扰和模型不确定性的时滞系统，通过设计自适应诊断观测器，得到了一种新型的故障诊断方法。设计的观测器既能诊断线性执行器故障，又能诊断非线性执行器故障；既能诊断阶跃传感器故障，又能诊断慢时变传感器故障。 3.提出了一种不确定时滞系统的鲁棒故障估计方法。通过变换将原系统分成两个子系统，一个子系统与故障解耦，对它设计观测器估计系统的状态；另一个子系统含有故障，通过离散化方法实现了执行器故障和传感器故障估计。本方法只要求干扰有界，不同于有的文献上要求干扰解耦，因而实用性更强。 4.提出了线性连续时滞系统的H∞反卷积滤波器，并将它拓展给出了一种时滞系统故障诊断新方法。基于有界实引理给出了线性连续时滞系统H∞反卷积滤波器存在的充分条件和滤波器的时域设计方法。本文提出的方法可解决不知道干扰统计信息的故障诊断问题。 5.研究了时滞系统的容错控制问题。采用带有滞后的状态反馈控制，给出了时滞系统对执行器失效和传感器失效具有完整性的充分条件和被动容错控制算法。在对非严重故障进行估计的基础上，通过设计附加控制器减少了故障对系统的影响，实现了系统动态特性的主动容错控制。