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在现代工业体系中，面对日益复杂化韵被控对象，传统的集中式控制策略逐渐难以满足对生产控制的综合要求。为了解决复杂的大型系统的控制问题，越来越多的学者开始关注多智能体系统。由于多智能体系统是通过多个智能体之间的相互协作来完成特定的复杂控制目标，所以它具有设计灵活性高，鲁棒性强等优点。考虑到在实际生产过程中多智能体系统规模较大，通讯网络结构复杂，所以随着时间的增长和内外部条件的变化，系统不可避免地会出现各种类型的故障。由于智能体之间的相互通讯，某个智能体上发生的故障可能会传递给与其相邻的智能体，甚至蔓延到整个网络系统中。某些关键节点发生故障，甚至可以造成整个系统瘫痪的严重后果。由于不同智能体之间存在信息交互行为，传统的集中式故障检测及故障估计方法，很难直接推广到分布式多智能体系统之中。所以研究多智能体系统的故障检测及故障估计问题，具有重要的理论价值和现实意义。
有鉴于此，本文研究多智能体系统的分布式故障检测及故障估计问题。首先，在满足观测器匹配条件的情况下，针对线性和非线性多智能体系统，给出分布式故障检测观测器的设计方案。进一步在不满足观测器匹配条件的情况下，解决多智能体系统的分布式故障检测问题。然后，基于智能体的测量输出信息，研究多智能体系统的降阶故障检测观测器以及维数可调的故障检测观测器的设计方案。最后，针对一类非线性多智能体系统，给出一种分布式故障估计方法。具体地说，本文主要贡献包括以下几个方面:
1)研究一类具有未知输入的连续时间线性多智能体系统的分布式故障检测问题。通过在一个智能体上建立未知输入观测器，可以检测其指定的邻居节点是否发生故障。先后给出全阶故障检测观测器和维数可调的故障检测观测器的设计方案。所设计的观测器可以用于多个智能体发生故障的情况，并且可以完全解耦未知输入对故障检测残差的影响。观测器的参数矩阵可以通过求解线性矩阵不等式和一组矩阵方程来计算。通过两个仿真例子说明方法的有效性。
2)研究一类非线性高阶异构多智能体系统的故障检测问题。所考虑的多智能体系统中的非线性部分可以分解成已知的Lipschitz非线性函数和未知的非线性函数两部分。通过在某个智能体上设计未知输入观测器，可以检测其邻居智能体是否发生故障。根据观测器所在智能体的邻居数目的不同，提出两种故障检测方法。和已有的方法相比，所提出的方法具有更广泛的应用范围。在观测器的设计过程中，未知的非线性部分(包括干扰，不确定等)不会出现在残差动态中，从而确保故障检测残差对未知输入的鲁棒性。最后通过三个算例，验证所提出算法的有效性。
3)研究一类具有干扰输入的高阶线性多智能体系统的故障检测问题。为了检测在某个智能体上可能发生的故障，通过将其他智能体上可能发生的故障以及系统中的干扰看成未知输入，进一步在待检测智能体的邻居节点上设计未知输入观测器。假设不能满足观测器匹配条件，即未知输入不能完全从故障检测残差中解耦。针对这种情况，将未知输入分解成为两部分，一部分可以从残差中解耦，另一部分不能从残差中解耦。进一步通过设计鲁棒故障检测观测器，移除可以解耦的未知输入对残差的影响，并通过H∞性能抑制不能解耦的未知输入对残差的影响，从而确保故障检测残差对未知输入的鲁棒性。最后，通过两个仿真算例，证明方法的有效性。
4)针对线性多智能体系统，研究基于降阶观测器的分布式故障检测问题。通过在一个智能体上建立未知输入观测器，可以检测其邻居节点上可能存在的故障。在观测器的设计过程中，利用了观测器所在智能体及其邻居节点的测量输出信息。通过选择合适的坐标变换，可以将多智能体系统分解成为两个子系统，其中一个子系统的状态为观测器所在智能体及其邻居节点的测量输出。进一步设计观测器估计另一个子系统的状态。考虑未知输入完全解耦和不能完全解耦两种情况。和已有的结果相比，设计的观测器的总维数大大减小。最后，通过两个仿真算例阐明所提出方法的有效性。
5)针对一类非线性多智能体系统，提出一种新的故障检测观测器的设计方法。通过在一个智能体上设计非线性未知输入观测器，可以检测其邻居节点上发生的故障。在观测器的设计过程中，并不需要相应节点的状态信息和输出信息的微分。和已有结果相比，所设计的观测器的维数可以在一定范围内自由调整，从而可以实现检测结果和检测成本的折中。通过求解线性矩阵不等式和矩阵方程，可以容易地计算观测器的参数矩阵。另外，在设计的过程中，由于存在可以自由选择的参数矩阵，这样可以获得一定的设计自由度。最后，仿真算例证明方法的有效性。
6)针对一类连续时间非线性多智能体系统，提出一种基于分布式故障估计观测器的故障估计方法。在一个智能体上建立的观测器，可以同时估计该智能体及其邻居节点上的故障。在设计故障估计观测器时，只需要用到观测器所在智能体及其邻居节点的输出信息。另外，所设计的观测器可以估计相应智能体的状态。通过考虑区域极点约束，调节估计误差系统的收敛速度并改善估计性能。最后，数值仿真算例验证所提方法的有效性。
有鉴于此，本文研究多智能体系统的分布式故障检测及故障估计问题。首先，在满足观测器匹配条件的情况下，针对线性和非线性多智能体系统，给出分布式故障检测观测器的设计方案。进一步在不满足观测器匹配条件的情况下，解决多智能体系统的分布式故障检测问题。然后，基于智能体的测量输出信息，研究多智能体系统的降阶故障检测观测器以及维数可调的故障检测观测器的设计方案。最后，针对一类非线性多智能体系统，给出一种分布式故障估计方法。具体地说，本文主要贡献包括以下几个方面:
1)研究一类具有未知输入的连续时间线性多智能体系统的分布式故障检测问题。通过在一个智能体上建立未知输入观测器，可以检测其指定的邻居节点是否发生故障。先后给出全阶故障检测观测器和维数可调的故障检测观测器的设计方案。所设计的观测器可以用于多个智能体发生故障的情况，并且可以完全解耦未知输入对故障检测残差的影响。观测器的参数矩阵可以通过求解线性矩阵不等式和一组矩阵方程来计算。通过两个仿真例子说明方法的有效性。
2)研究一类非线性高阶异构多智能体系统的故障检测问题。所考虑的多智能体系统中的非线性部分可以分解成已知的Lipschitz非线性函数和未知的非线性函数两部分。通过在某个智能体上设计未知输入观测器，可以检测其邻居智能体是否发生故障。根据观测器所在智能体的邻居数目的不同，提出两种故障检测方法。和已有的方法相比，所提出的方法具有更广泛的应用范围。在观测器的设计过程中，未知的非线性部分(包括干扰，不确定等)不会出现在残差动态中，从而确保故障检测残差对未知输入的鲁棒性。最后通过三个算例，验证所提出算法的有效性。
3)研究一类具有干扰输入的高阶线性多智能体系统的故障检测问题。为了检测在某个智能体上可能发生的故障，通过将其他智能体上可能发生的故障以及系统中的干扰看成未知输入，进一步在待检测智能体的邻居节点上设计未知输入观测器。假设不能满足观测器匹配条件，即未知输入不能完全从故障检测残差中解耦。针对这种情况，将未知输入分解成为两部分，一部分可以从残差中解耦，另一部分不能从残差中解耦。进一步通过设计鲁棒故障检测观测器，移除可以解耦的未知输入对残差的影响，并通过H∞性能抑制不能解耦的未知输入对残差的影响，从而确保故障检测残差对未知输入的鲁棒性。最后，通过两个仿真算例，证明方法的有效性。
4)针对线性多智能体系统，研究基于降阶观测器的分布式故障检测问题。通过在一个智能体上建立未知输入观测器，可以检测其邻居节点上可能存在的故障。在观测器的设计过程中，利用了观测器所在智能体及其邻居节点的测量输出信息。通过选择合适的坐标变换，可以将多智能体系统分解成为两个子系统，其中一个子系统的状态为观测器所在智能体及其邻居节点的测量输出。进一步设计观测器估计另一个子系统的状态。考虑未知输入完全解耦和不能完全解耦两种情况。和已有的结果相比，设计的观测器的总维数大大减小。最后，通过两个仿真算例阐明所提出方法的有效性。
5)针对一类非线性多智能体系统，提出一种新的故障检测观测器的设计方法。通过在一个智能体上设计非线性未知输入观测器，可以检测其邻居节点上发生的故障。在观测器的设计过程中，并不需要相应节点的状态信息和输出信息的微分。和已有结果相比，所设计的观测器的维数可以在一定范围内自由调整，从而可以实现检测结果和检测成本的折中。通过求解线性矩阵不等式和矩阵方程，可以容易地计算观测器的参数矩阵。另外，在设计的过程中，由于存在可以自由选择的参数矩阵，这样可以获得一定的设计自由度。最后，仿真算例证明方法的有效性。
6)针对一类连续时间非线性多智能体系统，提出一种基于分布式故障估计观测器的故障估计方法。在一个智能体上建立的观测器，可以同时估计该智能体及其邻居节点上的故障。在设计故障估计观测器时，只需要用到观测器所在智能体及其邻居节点的输出信息。另外，所设计的观测器可以估计相应智能体的状态。通过考虑区域极点约束，调节估计误差系统的收敛速度并改善估计性能。最后，数值仿真算例验证所提方法的有效性。