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为了提高非线性非高斯系统故障诊断的准确性，基于改进粒子滤波方法对系统状态进行估计，将系统状态估计值和实际值之差的绝对值作为残差，当残差平滑值大于阈值时诊断故障发生，使用故障误报率和漏报率构成的平均代价作为诊断效果评价指标。对水位／温度控制系统和一维非线性单变量模型进行仿真，由系统状态方程或观测方程参数跳变模拟故障发生，结果表明，3种算法能诊断出故障的发生，改进粒子滤波算法UPF的故障诊断平均代价小于SIR和UKE诊断效果优于后两种算法，提高了故障诊断的可靠性。