目前,故障检测和诊断是控制领域的一个研究热点,在模型已知的情况下,采用观测器的方法是首选。虽然这种方法对系统模型的要求比较高,但是采用这种方法具有高效率、很好的可行性和鲁棒性强等优点。本文针对倒立摆系统,基于观测器的方法进行故障诊断,从而得出基于模型的故障诊断方法。本文主要工作如下:一、研究了基于降维观测器的倒立摆系统故障诊断。由于倒立摆系统有小车位移,速度,摆杆角度,角速度四个变量,并且测量量是小车位移和摆杆角度,若直接使用全维状态观测器进行故障诊断,则会造成工程上的浪费,因此本文采用了降维观测器的方法,对倒立摆系统进行故障诊断。此方法结构简单,并且能够节省成本。利用自适应观测器对此系统进行故障诊断,通过解线性矩阵不等式求出观测器增益矩阵L,最后通过MATLAB仿真所提出的基于降维观测器故障诊断方法进行仿真验证。仿真结果表明,本文所提出的自适应降维观测器能够有效地对倒立摆系统进行故障诊断。二、研究了利用降维滑模观测器对倒立摆系统进行故障诊断。倒立摆系统是一种强耦合的非线性系统,对倒立摆系统进行线性化后,得到的线性模型与原系统必然存在偏差,因此本文采用不确定线性模型描述倒立摆系统。考虑两种故障情况:第一种是故障是有界的,并且这个边界是已知的,这样可以采用降维后的滑模观测器来进行故障检测;第二种是故障的边界是未知的,此时,在考虑滑模切换函数时,采用了具有时变性质的滑模观测器增益,这样可以更有效的辨识故障。最后,针对一级小车倒立摆系统,利用Matlab软件进行仿真验证,仿真结果表明本文所设计的降维滑模观测器能够对小车倒立摆系统进行有效地故障诊断。三、倒立摆系统是一种非线性系统,因此本文研究在非线性模型下,倒立摆系统的故障诊断问题。同时考虑干扰和故障,利用滑模观测器,对倒立摆系统进行故障诊断。考虑两种故障:执行器故障和传感器故障,分别设计滑模观测器进行故障诊断。最后,利用MATLAB软件进行仿真,仿真结果表明针对非线性的倒立摆系统,采用滑模观测器能够有效地进行故障诊断,同时抑制干扰的影响。