信息物理融合系统的广泛应用实现了系统内各子系统的智能化统一协调。系统的复杂性越来越高,随之而来的会有各种复杂因素可能引发系统故障,严重威胁着人们的生命和财产安全。人工排查故障已经无法满足快速排除故障的需求,研究领域相关的智能故障诊断方法就变得非常必要和迫切。本文针对CPS信息物理融合系统的相关特点来设计模型,在原型Petri网的基础之上,融入了自控网的控制机制和时间信息的约束,提出一种时间约束自控Petri网TC-CPN模型,并给出时间约束自控Petri网的形式化定义及其状态转移规则,分别阐述了模型中涉及的函数。结合时间区间的计算和时序一致性判定函数,进一步提出基于此模型的一种溯因故障诊断方法,给出了两个关键算法。该方法从信息物理融合系统的交互控制逻辑出发,分析故障信息间的逻辑联系,采用TC-CPN建立系统故障的正向传播模型,再反向进行溯因故障诊断,通过时间层面的分析判断,追溯系统行为并查找故障源。本文最后采用TC-CPN对城轨列车车门CPS的建模,对开门过程车门故障算例具体应用溯因诊断算法并分析诊断结果。通过和其他模型对比说明该方法对系统控制的模拟有很好的语义描述能力,且具有较为简单的网结构,并对控制过程的诊断都有较强的分析能力等。