随着科学技术的不断发展,工业生产控制系统的复杂水平和精密性越来越高,其包含不同能量域的子系统和由传感器、执行器、数字电路及软件等构成的机电系统。如果系统中某个部分发生故障,将会导致整个系统运行出错、甚至崩溃,从而造成严重的经济损失或重大的人员伤亡。所以及时有效的检测与隔离这些故障,是防止其扩散和扩大、确保系统安全可靠运行的前提。本文从能量域的角度出发,以键合图的知识理论为依托,探讨混杂系统的故障检测与隔离(Fault Detection and Isolation,FDI)。首先阐述了键合图的基本知识及其理论,重点分析了在键合图模型中分配其元件因果关系的方法。由系统的键合图模型,用结点特性方程及元件特性表达式,可以获得系统的状态空间,并以电路系统为例说明了该过程的实现。其次针对系统中具有相同特征的故障不可隔离性,提出基于双重因果关系键合图和传感器联合的方法得到系统额外的全局解析冗余关系(Global Analytical Redundancy Relations,GARRs),将其用于产生系统新的故障特征矩阵,从而提高可隔离故障的数量。并在双容水箱系统仿真模型中验证了该方法的可行性。最后考虑到实际系统中由于受各种不确定性因素的影响,如参数的不确定性、测量的不确定性及建模的不确定性等,提出基于线性分式变换键合图与双重因果关系键合图相结合的方法来对全局解析冗余关系进行改造,对不确定部分进行估计,从而得到用于残差评价的自适应阈值,进而减少误报警,提高诊断的可靠性。并在双容水箱系统中验证了该方法的有效性。