随着船舶自动化程度和复杂性提高,船舶推进系统检测/执行单元故障率相应增大。目前,SPSB(Ship Propulsion System Benchmarks:船舶推进系统基准)作为船舶推进系统故障诊断与容错控制研究的开放性仿真测试平台,一系列基于SPSB的研究成果已应用于实际工程系统,并推广到了其它控制领域。本文基于SPSB测试平台,结合线性/非线性多性能指标约束故障诊断观测器设计方法,利用LMI、T-S模糊模型和滑模控制等方法对PS(Propulsion System:船舶推进系统)的故障诊断与容错控制展开研究。首先,通过基于SPSB测试平台船舶推进系统子模块数学模型(如:调距桨控制系统,船速控制系统,柴油机转速控制系统等),推导了船舶推进系统整体非线性数学模型,分析总结了船舶推进系统典型的传感器/执行器故障模型,并给出了相应的数学解析式。其次,针对可调螺距桨液压系统泄漏故障,给出了LTI系统同时具备极点指标、协方差指标、鲁棒性指标和故障灵敏度指标约束下的故障诊断观测器设计方法,利用LMI方法,分析了灵敏度指标跟其他指标的相容性问题,给出了多指标约束故障诊断观测器的设计步骤,有效提升了故障估计的快速性和准确性。再次,建立了船舶推进系统的T-S模糊模型,结合满意控制理论,通过模糊化与反模糊化将船舶推进系统分成多个局部子系统,给出了各局部子系统在执行器恒偏差故障下,满足极点指标,鲁棒性指标和灵敏度指标约束的故障诊断观测器设计方法。利用Simulink工具箱建立了仿真模型,验证了复杂非线性系统多性能指标约束下故障诊断观测器的正确性与有效性。最后,研究了滑模控制方法在可距桨控制系统故障诊断与容错控制中的应用。设计了一组滑模观测器,对每个传感器故障进行检测与隔离,通过构建增广系统模型,将传感器故障转变为“执行器”故障进行处理,利用等效输出误差对故障传感器进行故障重构与估计。仿真表明,设计的滑模观测器组能够准确判断传感器故障通道,并估计故障的幅值。