随着现代控制系统规模和复杂性的不断增加，系统的安全性和可靠性成为人们越来越关注的问题，因此故障诊断技术备受关注。故障诊断技术包括故障检测、故障隔离和故障辨识三个方面。其中，故障检测与隔离更是因为能够判断故障的发生以及判定故障的位置而成为故障诊断领域的重要课题。经典的基于模型的故障检测策略的关键技术是产生残差信号以及计算阈值。余下的主要任务是设计残差评价函数并将其与阈值比较，从而判断故障的发生。故障隔离则可以通过设计一组残差产生器和阈值来实现。特别的，观测器以其对系统的估计能力成为了一种有效的残差产生器。此外，除了传统的常数阈值外，如何针对受扰动影响的系统设计时变阈值也成了近年来的研究热点。最近，区间观测器理论的兴起和其在控制方面的应用，为故障检测与隔离提供了新思路。
　　本文在总结前人工作的基础上，对几类线性系统和非线性系统的故障检测与隔离问题进行了深入的研究。提出了基于区间观测器的故障检测与隔离策略。与经典的基于状态估计的方法相比，本文所提的区间观测器不但能产生残差信号，而且能直接给出阈值。因此，在不需要设计残差评价函数及阈值选择器的情况下实现检测与隔离。文中的部分理论结果应用到单轨模型、质量弹簧系统、船舶操纵系统、双倒立摆模型和由永磁有刷直流电机驱动的单连杆机械手模型的故障检测与隔离问题中，仿真实例验证了所提方法的有效性和优越性。本文的主要内容如下:
　　第一章系统地分析和总结了故障检测与隔离的发展现状及区间观测器的基本原理，并给出了与本文相关的一些预备知识。
　　第二章提出了基于事件触发区间观测器的故障检测方法。讨论了采样方式对故障检测性能的影响。首先设计了新颖的事件触发机制。其次，将扰动和事件误差考虑在内，构造了事件触发区间观测器。随后，引入l1和H∞性能指标以提高残差区间的鲁棒性和故障敏感性，并通过引入松弛变量将系统矩阵与Lyapunov矩阵解耦。因此在避免对Lyapunov矩阵做结构限制的前提下得到了基于LMI技术的区间观测器设计条件，降低了保守性。所提方法在降低通信负担的同时，仍能保证故障检测性能。仿真算例验证了本章所提方法的有效性及优越性。
　　第三章讨论了线性参数变化系统的故障检测问题。通过考虑扰动的界构造了一个参数依赖的区间观测器。并且将参数依赖的扰动抑制、故障敏感和非负条件转化成了一系列LMI。与现有的基于参数不依赖的Lyapunov函数和松弛变量的方法相比，本章所提方法保守性更小。仿真算例验证了该方法的有效性及优越性。
　　第四章研究了带有未知互联项的模糊大系统的故障隔离问题。首先，将每个子系统的输出空间划分为工作区和交叉区。随后针对每个子系统，通过考虑未知互联项和扰动的界构造了分段区间观测器，使得由未知互联项带来的其他子系统的故障和扰动的影响被充分考虑在残差设计中。进一步，l1性能被用来提高残差区间对自身扰动和未知互联项的鲁棒性。同时，H∞性能被引入，使得每个残差区间对自身子系统故障敏感性增强。最后，基于分段Lyapunov函数，松弛变量和LMI处理技术，给出了区间观测器的设计条件。所提方法比基于共同及对角Lyapunov函数的方法保守性小。仿真算例验证了所提方法的有效性及优越性。
　　第五章针对离散多智能体系统提出了基于区间观测器的故障隔离方法。为了隔离每个智能体故障，针对基于输出反馈控制的闭环多智能体系统，在其邻居构造了一组区间观测器。邻居的输出、整个系统的扰动以及每个故障的界被构造成观测器的输入，使得每个邻居都能隔离出此智能体故障。观测器可以通过同时求解一系列由LMI表达的扰动抑制、故障敏感和非负条件而得到。最后，当零值被包含在某一残差区间内，而在其他区间之外时，一个确定的智能体故障被隔离出来。仿真算例验证了所提方法的有效性。
　　第六章讨论了带有不可测状态和不匹配非线性故障函数的不确定性严反馈系统的故障检测问题。提出了基于描述性能的故障检测方法。与基于LMI技术设计的区间观测器不同，本章基于观测器的残差产生器通过递归算法得到。在每一步，观测器中的待定函数均被设计成两部分，其中一部分用于抵消交叉项，另一部分利用误差完成校正。因此，残差信号在无故障的情况下满足描述性能，并且所有估计误差均是一致有界的。进一步，残差信号的描述性能界被作为故障检测阈值。随后，在给出故障检测方案的同时也给出了故障可检测性分析。与第二至五章相似，本章提出的基于描述性能的方法也能产生残差的上下界。也就是说，所提的观测器可以看成是一种广义区间观测器。与没有考虑描述性能的故障检测方法相比，本章提出的故障检测方法能够减小暂态过程由于超调量引起的误报。所提方法通过仿真算例中的比较结果验证了其优越性。
　　最后对全文所做的工作进行了总结，并指明了下一步研究的方向。