随着科学技术的发展,控制系统越来越复杂,继而不可避免的可能会出现故障,一旦发生故障,轻则影响产品质量,降低生产效率,重则造成财产损失,危及生命安全,因此故障检测技术应运而生,通过准确的故障检测方法,达到及时检测突发故障的目的,对于及时止损有重要意义。随着国内外专家学者研究的不断深入,针对线性系统的故障检测方法已趋近成熟,然而在实际工业生产过程中,大多数控制系统呈现不同程度的非线性,此时线性系统一些故障检测方法就不再适用,这就迫使人们致力于非线性系统故障检测的研究。随着专家学者多年的研究,非线性系统的故障检测技术已经取得了很大的进展,然而,针对不同程度的非线性系统,如带有有界扰动和传感器故障的离散非线性系统,基于状态估计观测器的故障检测和故障估计没有一种有效可行的分析求解方法,无法实现准确的故障检测和估计;对于带有未知输入和执行器定值故障的非线性系统,故障估计观测器的构建以及参数求解的简化都是亟待解决的难点;针对带有传感器故障的一类非线性非结构化模型不确定系统,考虑同时存在系统输入和状态变量,部分状态可量测的非线性情形,故障检测方法的研究就变得极具挑战性。本文将以非线性控制系统为研究对象,采用状态估计观测器,未知输入观测器,线性矩阵不等式等主要工具和手段,设计传感器或者执行器故障检测方法,并且通过仿真实验,验证方法的有效性。本文的主要研究内容如下:（1）针对带有有界扰动和传感器故障的离散非线性系统,提出了一种基于状态估计观测器的故障检测和估计方法。构建一个合适的状态估计观测器,对带有传感器故障的系统建模时,通过把传感器故障转移到状态方程,然后使用H₂最优化技术减少干扰输入对残差的影响,结合文中方法可以求解得到观测器各参数。通过设计残差生成器,使得残差信号和传感器故障一一对应,从而实现传感器故障检测。（2）对于带有未知输入和执行器定值故障的非线性系统,通过构建未知输入观测器提出了一种故障估计方法。针对带有未知输入和执行器定值故障的Lipschitz非线性系统,构造一个全维未知输入观测器,并且给出了非线性未知输入观测器（UIO）存在的一个充分条件,继而借助于LMI,把非线性矩阵不等式求解问题转化为LMI求解问题,利用LMI工具箱求解非线性UIO未知增益矩阵,简化了运算复杂度,结合参数估计方法,建立参数估计观测器,估计系统中执行器定值故障。（3）针对带有传感器故障的一类非线性不确定系统,考虑同时存在系统输入和状态变量、部分状态可量测的非线性情形,提出了一种基于自适应阈值的故障检测方法。首先,为了解决系统中部分状态可量测问题,引入线性变换,设计带有传感器故障的一类非线性估计器,其次,在建模的过程中引入一个附加非线性项,然后根据系统模型设计相应的残差生成器,产生残差从而用来检测传感器故障。最后设计自适应阈值选取策略,通过产生的残差信号检测传感器故障。