近年来,随着科技水平的迅速发展,控制系统也变得更加复杂,因此系统内发生故障的概率也大大提升,更多专家学者相继投入到对故障诊断问题的研究上,从而使该问题发展为控制界的热点话题。该课题研究的是欠驱动水面艇的故障诊断(Fault Diagnosis)问题,选择基于LMI(Linear Matrix Inequality)的故障诊断方法。为确保系统诊断结果的有效性,对系统中的未知输入干扰、参数摄动等不确定因素进行充分的考虑,通过求解LMI不等式组解决观测器的设计问题,从而实现基于水面艇模型,利用LMI方法研究欠驱动水面艇的鲁棒故障诊断。首先,对本课题的研究背景及意义、故障诊断技术的基础进行简要概述,并分析了欠驱动水面艇及船舶故障诊断的发展及研究现状。介绍了LMI理论基础与Lyapunov稳定性理论等预备知识用于LMI的转化,根据欠驱动水面艇水动力分析构建水面艇的模型,为后续的验证提供基础。然后,考虑被测系统中含有噪声等未知输入干扰的故障诊断问题。通过H_-/H_∞性能指标表述诊断系统对于未知输入干扰信号的鲁棒性及对于故障信号的灵敏性,进而把观测器的设计转化成性能指标的优化。推导出了故障诊断观测器最优解的LMI形式,并且经过优化算法求解出增益矩阵,又根据阈值与残差评价函数的比较对故障做出判定,再利用水面艇模型参数对所设计的方法进行仿真验证。在含有未知输入干扰故障诊断研究的基础上,考虑参数摄动因素,构造了不考虑参数不确定性的参考残差模型。然后考虑参数不确定性,用模型匹配思想解决故障诊断观测器的设计,并运用LMI方法给出观测器增益矩阵的求解方法。利用阈值与评价函数对故障进行准确的判定,再利用水面艇模型参数对所设计的方法进行仿真验证。最后,在含有未知输入干扰故障诊断研究的基础上,结合多胞体模型带来的不确定性描述,研究多胞不确定型水面艇的故障诊断问题。通过仿真验证,说明了本文所提方法的有效性,即这种设计方法不仅对故障有很高的灵敏性,同时也对不确定因素有很强的鲁棒性。