随着自动化生产的不断发展,人们对产品质量的要求也越来越高,但系统在运行过程中往往会因为故障问题而导致控制失效。因此,如何提高控制系统的可靠性与稳定性成了一个迫切需要研究、解决的重要问题。考虑实际工业系统大多为复杂非线性的,难以获得精确模型,且传感器极易发生故障。本文基于知识发现的数据挖掘技术,以单容水箱为被控对象,针对系统中液位传感器的故障,开展了故障诊断与容错控制方法研究,主要研究工作如下:(1)在了解课题研究背景与意义、分析国内外故障诊断与容错控制技术研究现状的基础上,以液位控制系统的传感器为研究对象,研究传感器的故障诊断与容错控制方法。基于OPC(OLE for Process Control)通信技术,搭建PID控制的单容液位系统半实物基础实验平台,然后借助实验平台进行传感器在正常和故障状态下的实验,并采集实验数据用于故障诊断方法研究。(2)考虑到复杂非线性系统难以建立精确模型,提出一种以数据挖掘为核心的知识发现方法,建立液位传感器的故障诊断模型。首先,对传感器各故障类型的历史输出数据进行分析处理,提取故障特征。接下来,利用残差知识进行故障检测,并分析液位变化率与故障值的关系,建立故障定值模型来确定故障值大小。然后,利用提取的故障特征建立故障定位模型,区分传感器故障类型。最后,通过实验数据验证了所研究的故障诊断方法是准确有效的。(3)针对故障诊断结果,提出一种串联故障补偿模型的容错控制方法。该方法是对传感器输出误差进行补偿,抵消故障影响。并设计容错控制实验,验证了加入故障补偿的液位系统在有无故障情况下都能稳定运行。(4)基于原有的基础实验平台,调用S函数嵌入故障诊断与容错控制算法,建立一个具备实时故障诊断与容错控制的液位系统。然后,就传感器正常无故障、加性故障及乘性故障进行实时故障诊断与容错控制仿真实验。实验结果显示,论文中研究的方法能有效应用在实际液位系统当中,达到了传感器实时故障诊断与容错控制的目的。