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随着现代社会科技的迅猛发展，工业过程越来越趋向于大型化和复杂化，大规模高水平的综合自动化系统的出现，对控制质量的要求日趋突出，对生产过程运行状态、产品质量的在线监测及故障检测与诊断技术也提出了更高的要求。应用故障诊断技术，能够及时准确地对各种异常状态作出诊断，提高运行的可靠性、安全性和有效性，把故障损失降低到最低水平。正是在这种市场迫切需求的激励下，促进了故障诊断技术的迅猛发展。
控制系统的故障诊断理论从70年代产生到现在己经取得了迅速的发展。其中基于观测器的故障检测与诊断方法研究的较为广泛，也取得了一定的应用价值。但在非线性系统的建模方法以及其系统的鲁棒性等问题上，仍需要更多的研究。为了解决非线性系统在系统建模上存在的各种不确定性以及各种扰动，为了减少故障诊断系统的误报现象，为了提高正确检测率，必须进行系统鲁棒性的研究。本文将结合模糊理论与观测器的方法，对典型非线性系统一级小车倒立摆系统进行故障诊断及其鲁棒性的研究：
1、首先介绍了故障诊断技术的发展及其研究方法。然后重点介绍了多年来基于观测器的故障检测与诊断技术研究的成果与不足。并且介绍了模糊控制理论在控制系统中应用的发展以及T-S-K模糊模型的研究，选择了T-S-K模糊模型方法对非线性系统进行建模，并利用状态反馈的控制方法对模型进行试验仿真，验证了T-S-K模糊模型的建模方法在控制仿真试验中具有系统响应快和超调量小等优点。
2、利用T-S-K模糊模型可用局部线性化的线性模型来描述非线性系统的方法，对选定的一个非线性系统，分别设计模糊检测观测器以及基于模糊观测器的系统状态反馈控制方法。选择典型的非线性系统倒立摆小车为仿真对象，利用设计的模糊检测观测器和基于模糊观测器的系统状态反馈控制方法进行仿真，通过给定仿真故障的方法，有效检验了检测观测器的灵敏性以及状态反馈控制方法的有效调节能力。
3、基于观测器的动态系统故障诊断技术的可行性和应用性，关键是对系统不确定性因素具有良好的鲁棒性。在研究了动态系统中不确定性结构的建模方法后，根据基于观测器的故障诊断系统鲁棒性的特点，充分考虑了运用T-S-K模糊模型建模时可能存在的系统不确定性，通过增加观测器自身的鲁棒性来设计系统检测观测器，并将所设计的模糊检测观测器用于一级倒立摆小车的仿真，验证了此模糊检测观测器的有效性。