故障检测和诊断对提高自动化设备运行的可靠性和稳定性具有重要的意义。通常来说,微小故障是显著故障发生的前兆。故障越早被发现,检测结果越准确,对系统的安全稳定运行越有利。目前主要应用被动的方法来进行故障检测,但对微小故障来说,难以准确、及时的检测出故障。因此,本文采用主动故障诊断机制,设计在线的辅助输入信号,以检测系统是否有故障发生。本文针对微小故障检测与分离问题,提出了两种在线设计辅助输入信号的方法。首先,本文基于移动窗口和集员方法中的椭球思想提出了一种在线设计辅助输入信号的方法,以实现主动故障检测与分离。根据移动窗口和集员估计方法,将输出集合转化为椭球的形式,提出主动故障检测与分离的优化问题。由于不同集合交集为空的约束不易求解,进而将其转化为不等式形式来求解优化问题。进一步地,针对此问题提出了一种两步走的求解方法,首先根据主动故障检测的优化问题进行求解,进而判断实际系统的输出处于哪个故障模型,或者当故障模型的输出椭球存在交集时计算系统输出属于哪一个模型的概率,以实现主动故障检测与分离。最后,本文采用中心对称多胞体的思想,并结合移动窗口的技巧提出了在线主动故障检测与分离的优化问题。输出集合采用中心对称多胞体的形式来表达,进一步建立了优化问题。为了便于求解辅助信号,又将该主动故障检测与分离优化问题转化成一个混合整数二次规划问题来求解。进一步地,可以通过故障检测与分离逻辑来判断实际系统处于哪一种类型。进而又针对中心对称多胞体和椭球框架设计辅助输入信号的方法进行了分析,通过仿真案例说明了本文方法的合理性。