在化工过程系统、电力系统和高速铁路等大规模动态系统运行过程中,由于涉及高能量聚集、高温、高压、高速等特性,使得对这些动态系统的安全要求非常严格。对于这类具有能量密集的运行过程,如果未能及时检测或应对处理异常运行状态、系统故障等危险因素,则可能会在短时间内迅速释放大量能量,从而导致事故。因此,如何保障动态系统安全,维持故障发生后的系统安全状态是动态系统安全性研究的主要研究内容。其中,研究分析、识别和预测动态系统的安全状态变化的方法,是实现安全主动控制与保障技术的前提,具有重要的意义。论文面向系统安全性所涉及的故障估计与状态控制,以系统动力学模型为动态系统安全性研究的切入点,紧密围绕动态系统安全状态分析与其演化预测,研究基于障碍函数的动态系统安全性分析理论,针对一类典型的连续非线性动态系统及该类系统中两个特殊系统——类周期特性系统、严格安全系统,提出了多种动态系统安全性判据;并给出了两类典型障碍函数的构建方法。论文主要内容可概括为以下几个方面:（1）提出了基于指数型障碍函数的系统安全性判据。针对一般连续非线性动态系统,通过松弛障碍函数一阶导函数有界范围,制定了一种新型的宽松的基于指数型障碍函数的动态系统安全性判据。并在此基础上给出了动态系统出现光滑可观测故障后的相关故障安全判据。当系统状态变化满足该判据时,能保证自初始状态起始终保持系统的安全性。该判据扩展了安全性判据的适用范围,且为能实现安全约束控制与有限时间稳定控制、Lyapunov指数稳定控制等融合提供了基础。（2）提出了基于极值型障碍函数的系统安全性判据。针对类周期特性动态系统的状态轨迹与不安全状态集的相对距离随时间变化难以保持单调性的问题,提出了考虑障碍函数极值点分布情况的弱判定条件,以此形成基于极值型障碍函数的系统安全性判据;并针对系统在某个时刻所产生的某类光滑可观测故障,提出了相应的故障安全判据。所提出的新型安全性判据可以允许障碍函数的单调性在可接受的范围内波动或变化,为现有基于障碍函数的动态系统安全性分析理论作出有效补充。（3）提出了基于Class X型障碍函数的安全性判据。针对严格安全系统获取完备不安全状态集难的问题,只根据严格安全状态集,提出了面向安全状态集的Class M型障碍函数与Class D型障碍函数,分别给出了相应的动态系统安全性判据,并通过运用前向不变理论,证明了安全性判据的合理性与正确性;在此基础上,针对一类典型非线性动态控制系统,实现了相应控制障碍物函数和控制律的建立。通过仿真实例,从理论上验证了安全性判据的正确性,并验证了安全控制律的有效性。为实现满足实际动态系统特性的安全约束下系统状态控制提供一定的理论基础。（4）建立与改进了基于多超球法的障碍函数构建方法。针对实际过程系统安全状态集或不安全状态集具有复杂构型、多状态子集、复连通或非凸等特性,提出了正向多超球障碍函数构建方法;并针对安全状态集和不安全状态集之间的三种特殊空间关系,提出了反向多超球障碍函数构建法。该方法有助于运用基于障碍函数的动态系统安全性判据设计安全约束下的系统状态控制律。（5）建立了基于群岛-桥型分割的障碍函数构建方法。针对动态系统可行状态集具有多工况或多独立子集等特性和具有复连通、几何形态不规则等特性,分别构建了群岛型安全集合下的障碍函数和群岛-桥型安全集合下的障碍函数,并以此提出了相关的系统安全性定义、安全性判据、以及相应的安全约束下系统状态控制律。在上述理论分析与仿真验证的基础上,对论文的主要工作与研究成果开展了总结与分析,剖析了现有研究的局限性,并展望了下一步的可持续研究方向以及亟待开展的主要研究工作。