随着科学技术的迅速发展,控制系统的规模和复杂性日益增加,因此切实保障现代复杂系统的可靠性和安全性变得越来越重要。故障诊断与容错控制技术的出现,为提高复杂系统的可靠性和安全性开辟了一条新的途径。针对实际中常见的类型已知的故障,即一类动态特性已知、初始条件未知的故障,本文利用基于观测器的方法,对线性及线性时滞系统的故障诊断和容错控制问题进行了研究,主要研究内容如下:(1)研究了线性系统基于降维状态观测器的故障诊断方法。首先针对该类已知动态特性但未知初始条件的连续变化的故障,给出并证明了线性系统发生此类故障时故障可诊断性的充分条件。然后通过最优控制理论和对偶原理,提出了一种新的基于降维状态观测器的最优故障诊断器的设计方法,从而在实现在线故障诊断的同时使所设计的故障诊断器实现最优。(2)研究了线性系统发生非完全失效故障情况下的容错控制问题。提出了两种动态容错控制方法。首先提出了一种基于状态反馈的动态最优容错控制方法,且考虑并解决了最优容错控制的物理不可实现问题。该容错控制方法在实现动态容错控制的同时使系统满足二次型最优性能指标。然后提出了一种基于内模原理的变结构最优容错控制方法,该方法利用内模原理结合故障诊断的结果设计了故障补偿器以补偿故障对系统输出的影响,并给出了根据系统有无故障发生的情况进行变结构最优容错控制的设计步骤。仿真结果验证了两种容错控制方法的有效性。(3)研究了含有控制时滞的线性系统的故障诊断和容错控制问题。推广了线性系统的故障诊断和容错控制方法的思路,从而针对控制时滞系统提出了其故障诊断方法和两种动态容错控制方法。首先通过对控制时滞的无时滞变换,提出了线性时滞系统的基于降维状态观测器的故障诊断器的设计方法,该故障诊断方法在实时在线诊断出具体故障的同时观测出了系统的状态。然后提出了时滞系统的动态最优容错控制律的设计方法,并考虑了最优容错控制的物理不可实现问题。最后提出了时滞系统基于内模原理的变结构最优容错控制方法。仿真结果验证了所提出的故障诊断和两种容错控制方法的有效性。(4)针对一类同时具有状态时滞和控制时滞的线性时滞系统,研究了此类时滞系统的故障诊断与最优容错控制问题。首先基于时滞系统的线性变换,提出了故障系统的最优容错控制律的设计方法,并证明了最优容错控制律的存在唯一性。然后设计了时滞系统的故障诊断器,在诊断出系统故障的同时也观测出了系统的状态,解决了最优容错控制的物理不可实现问题。