随着现代工业技术的飞速发展，工程控制系统的规模和复杂程度不断增加，执行器、传感器及系统内部元器件都不可避免的会发生故障。任何类型故障的发生都可能导致整个系统性能下降，甚至造成不可预期的损失。故障诊断技术的出现，为提高复杂系统的安全性和可靠性开辟了崭新的途径。考虑到实际工程系统几乎都是非线性系统，因此研究非线性系统的故障诊断问题成为一个具有重要意义的研究课题。近年来关于这类问题的研究得到了广泛的关注，但还是存在许多问题有待进一步研究。例如，对于Lipschitz非线性系统，仍然缺乏考虑故障频率范围的故障诊断方法等。
　　本论文在总结前人工作的基础上，对Lipschitz非线性系统的故障诊断问题进行了深入地研究，涉及不同故障类型、性能指标和故障诊断观测器/滤波器的设计等内容，并将结果推广到扇区有界非线性系统。针对Lipschitz非线性系统，从时域信号角度给出有限频性能指标的定义及基于此的H_/H∞故障检测方法，将结果推广到带有网络特性的非线性网络控制系统的故障检测，研究了基于事件触发机制的Lipschitz非线性网络控制系统的有限频故障检测。针对带有单故障和多故障的Lipschitz非线性系统，基于状态增广的思想，分别设计了未知输入观测器和比例积分观测器，研究了有限频故障估计问题。针对带有传感器失效故障的扇区有界非线性系统，利用多模型思想，设计了一种依赖于有限频伺服信号的故障检测方法。本文主要结果均给出理论证明，并针对倒立摆、机械臂、F404飞机发动机等实际模型进行仿真实验，仿真结果验证了本文方法的有效性。
　　全文分为八章，每一章的主要内容如下:
　　第一、二章系统地分析和总结了故障诊断技术和Lipschitz非线性系统研究领域的发展现状及研究方法，并给出与本文相关的一些预备知识。
　　第三章研究了离散时间Lipschitz非线性系统有限频范围内的故障检测问题。首先基于改进的Lipschitz性能，将非线性误差动态系统转变为线性参数变化系统。随后从时域输入/输出信号角度给出了有限频H∞性能及有限频H_性能指标的定义，并得到了使系统具有相应性能的充分条件。最后将故障检测问题转化成一个带有线性矩阵不等式约束的多目标优化问题。仿真算例验证了所提方法的有效性与优越性。
　　第四章在第三章的基础上，研究了基于事件触发机制的离散时间Lipschitz非线性网络控制系统的故障检测问题。引入事件触发传输方案来减轻有限网络带宽的使用。设计了具有有限频H_/H∞性能的故障检测滤波器。通过引入松弛变量，给出了具有线性矩阵不等式约束的滤波器设计条件，从而保证整个故障检测系统在有限频域具有期望的性能。与已有结果相比，所提方法不仅能够节省通信资源，而且具有更好的故障检测性能。仿真算例验证了所提方法的有效性与优越性。
　　第五章研究了连续时间Lipschitz非线性系统有限频范围内的传感器故障估计问题。首先，采用状态增广的方法，将传感器故障增广为辅助状态向量，构造奇异系统。然后，基于改进的Lipschitz性能和有限频H∞性能，设计未知输入观测器，实现系统状态和故障的同时估计。最后以线性矩阵不等式的形式给出了具有更小保守性的观测器设计条件。与已有结果相比，所提方法不需要传感器故障的先验信息，可以适用于具有较大Lipschitz常数的Lipschitz非线性系统，而且降低了全频域设计的保守性。仿真算例验证了所提方法的有效性与优越性。
　　第六章在第五章基础上，研究了带有多故障的离散时间Lipschitz非线性系统故障估计问题。提出了一种基于多目标的未知输入比例积分观测器设计方法。该观测器不仅可以估计系统状态和传感器故障，还可以在线自动调节出执行器故障。本章所提方法利用有限频H∞技术抑制扰动和故障对于故障估计的影响，降低了全频域设计的保守性。仿真算例验证了所提方法的有效性与优越性。
　　第七章研究了带有传感器失效故障的扇区有界非线性系统的故障检测问题。通过将故障系统建模为多模型，并有效利用伺服信号来达到故障检测的目的。不同于已有的结果，提出的故障检测方案只建立所产生的残差和伺服信号之间的关系，使得残差信号在故障的情况下对于伺服信号敏感，而在无故障的情况下对伺服信号抑制。在这样的策略下，即使故障信号的幅值非常小，残差信号也会产生明显的区别，这保证了任意小的传感器失效故障甚至是中断故障都能被检测出来。更进一步，为了提升系统的故障检测性能，伺服信号的敏感性和抑制性都将在有限频域内刻画。仿真算例验证了所提方法的有效性与优越性。
　　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。