当今,控制系统的规模和复杂程度正在急剧增大,随之而来的是控制系统安全性的问题日益突出,而控制系统的安全性和可靠性可以通过有效的故障诊断方法来保证。因此深入研究故障诊断技术具有重要的意义。由于现实系统都是非线性系统,且复杂程度高的系统都不可避免地存在建模误差,实际运行中也存在着各种干扰,故障诊断技术的发展还存在着诸多不足。非线性级联系统是一类特殊的非线性系统,它由多个级联子系统构成,控制量只作用在驱动子系统上,因此针对该类系统的执行器故障进行研究具有重要意义。考虑到目前的研究成果多聚焦于执行器的加性故障,而忽略了对普遍存在的执行器增益故障的诊断研究。本文使用基于解析模型的故障诊断方法,通过设计状态观测器,针对级联系统的执行器增益故障进行了研究,建立了一套系统的、全面的,包含理想状态下、时滞状态下、模型误差和外在干扰情况下的级联系统执行器增益故障诊断的理论框架。论文的主要内容如下:本文首先针对理想状态下的一类级联系统执行器增益故障模型,设计了故障检测观测器,用于对故障发生的及时检测。之后,设计了基于自适应观测器的执行器增益故障估计算法,对故障进行在线估计。对于所得出的结论,我们给出了严格的证明并进行了数值仿真,仿真结果验证了方法的有效性。然后针对含有时滞的一类级联系统的执行器增益故障模型,设计了故障检测观测器,并给出了检测观测器的存在条件,用于对故障发生的及时检测。随后,通过设计的自适应诊断观测器和诊断算法在线地对故障进行了估计,对于所得结论,我们同样给出了严格的理论证明并进行了数值仿真,仿真结果验证了方法的有效性。最后,在前两章内容的基础上,将上面的结论推广到了更为实际的级联系统执行器增益故障模型中,考虑了外来的干扰和模型误差,分别针对不带时滞的情况和带有时滞的情况,设计了鲁棒自适应诊断观测器,在线进行故障估计,确保了系统状态误差和故障估计偏差指数衰减到残差集。所得结论同样经过了严格的数学证明,仿真结果印证了方法的有效性。