在工业过程中,由于外部环境的变化以及系统的长时间运转磨损以及消耗,控制系统就可能发生故障。当发生故障时,系统的性能会降低甚至会导致系统不稳定。为了提高控制系统的稳定性,安全性以及可靠性,容错控制成为一个研究的课题。因为三水箱系统的结构和一些工业过程（例如垃圾处理,搅拌反应器,炼油厂）是相似的,三水箱系统是由三个水箱组成的复杂的非线性仿真系统。这种仿真模拟器可以减少消耗,也可以为实际生产提供一些经验。当三水箱系统发生执行器、传感器以及控制器故障时,其故障诊断与容错控制难度更大。本文通过设计扩张状态观测器及时获取故障的估计值,通过故障检测判断是否发生故障,若发生故障则设计一个基于自抗扰技术的容错控制器。确保即使发生故障,在容错控制器作用下系统输出能达到期望值。本文对三水箱系统的故障诊断与容错控制方案进行研究,具体研究内容如下:（1）对三水箱系统进行结构研究,三水箱系统是一个带有记忆块的闭环系统。三水箱结构是由四个管子连接的三个圆筒,每个水箱上都有一个测量液位的传感器,而且每个管道上都有一个液位控制阀,总之这个系统一共有12个传感器（三个液位传感器和九个流量传感器）以及两个致动器。三水箱系统测量的是液位和水流输出信号,输入为故障信号,过程和输入噪声。由三水箱系统的故障模型解析它的状态空间描述。（2）对三水箱系统进行基于龙伯格观测器以及基于扩张状态观测器（ESO）的故障诊断。对三水箱系统进行线性化处理,并在平衡点求出它的线性状态空间表达式,由此建立龙伯格观测器,对系统的输出状态进行跟踪,由此产生残差,并由产生的残差进行椭球拟合,由此对三水箱系统进行故障检测。由于扩张状态观测器的设计不依赖模型,因此建立ESO,对系统的输出状态进行跟踪,由此产生残差,并由产生的残差进行椭球拟合,由此对三水箱系统进行故障检测。（3）对三水箱系统发生的故障进行故障分类并对已经分离出来的故障进行容错控制（故障重构）,由扩张状态观测器观测到的残差,随后进行的椭球拟合的阈值处理,得到每个故障发生的阈值,根据每个阈值,对故障进行分类处理,得到系统正在发生的故障的类型。当得到发生故障的类型后,因为自抗扰控制（ADRC）的优良特性,在故障发生时,用ADRC替换原来PID控制器,从而达到故障重构的目的。