本文分别以潜艇垂直面运动和三维空间运动控制系统模型为研究对象,设计了潜艇控制系统的故障诊断与主动容错控制及其半物理仿真方案,主要包含潜艇垂直面运动的自适应H∞状态反馈容错控制方法设计及其半物理仿真实现和潜艇三维空间运动的自适应鲁棒H∞容错控制方法设计及其半物理仿真实现两个部分。在潜艇垂直面运动的主动容错控制及其半物理仿真方案设计中。首先,选取ZHYCS-F电液伺服控制台的两个伺服阀缸分别作为潜艇的艏舵和艉舵,通过工业控制及通讯技术,将其与考虑故障情形的潜艇垂直面运动控制系统数学模型相结合构成半物理仿真系统;其次,设计一个未知干扰输入的故障观测器,并采用严格正实Lyapunov方法设计故障参数跟踪律来估计未知故障参数,再根据故障估计参数设计一个自适应H∞状态反馈容错控制器;最后,通过三组半物理仿真实验证实了所提出的主动容错控制方案对潜艇垂直面运动实现了有效的故障诊断与容错控制。在潜艇三维空间运动的主动容错控制及其半物理仿真方案设计中。首先,选取ZHYCS-F电液伺服控制台的三个伺服阀缸分别作为潜艇的艏舵、艉舵和方向舵,并在三个舵上分别加装一套超声波辅助测量自检测装置,通过工业控制及通讯技术,将其与考虑故障情形的潜艇三维空间运动控制系统数学模型相结合构成半物理仿真系统;然后,构建潜艇控制系统与超声波辅助测量系统相结合的增广系统,并设计未知干扰输入的观测器和带射影限制的梯度自适应跟踪律,再基于故障估计误差边界设计自适应鲁棒H∞容错控制器;最后,通过半物理仿真实验验证了所设计的主动容错控制策略的有效性。最后,上述两个部分从理论方法设计到半物理仿真实验充分证实了两种设计方案的有效性,为真实潜艇的故障诊断方法完善和主动容错控制系统设计奠定了基础,具有极大的实际应用价值。