随着现代控制系统规模和复杂程度的不断增加,被控对象或过程常常会受到非线性、较大的随机干扰以及其它不确定性因素的影响,导致难以建立满足控制要求的数学模型。对于这样的系统,传统的控制理论很难获得满意的控制效果。模糊控制技术由于具有人类自然语言的定性描述特点,可以根据被控对象的不同状态给出不同控制策略。因此,模糊控制技术对于具有非线性、时变性、多参数间耦合的被控对象可以达到很好的控制效果。特别地,T-S模糊模型将一系列线性模型通过模糊隶属度函数光滑地连接起来,进而保证了在任意凸紧集中以任意精度逼近一类光滑非线性函数。结合线性系统控制理论的一些结果,基于T-S模糊模型的非线性系统稳定性分析与控制器设计近年来取得了大量重要的理论成果。但是,由于T-S模糊控制系统固有的非线性特性,仍有很多问题有待进一步研究。本文在总结前人工作的基础上,对几类带有系统模型参数不确定及外部扰动不确定的T-S模糊控制系统的鲁棒性能分析、控制器设计以及闭环系统的故障诊断等问题进行了深入地研究。首先,本文采用仿射T-S模糊模型建模原非线性系统,与线性T-S模糊模型相比,该模型在描述复杂、大范围非线性系统时函数近似能力更强,可以更好的反映原系统的动态特性,所给出的控制器设计也具有更少的保守性。针对连续仿射T-S模糊系统,提出了新的矩阵解耦技术,避免了已有结果对Lyapunov矩阵的结构限制。针对状态不完全可测的非线性系统,选取系统输出作为仿射T-S模糊模型的前提参数,避免了已有结果由于系统与控制器区域不匹配带来的过重的计算负担。对于带有有限频干扰输入信号的仿射T-S模糊系统,提出了一种有限频H∞控制器设计方法。针对带有未知互联项的仿射T-S模糊大系统,分别给出了基于环路小增益条件的分散状态反馈控制器设计以及分散动态输出反馈控制器设计,并且考虑了系统输出测量误差对隶属度函数的影响。此外,针对带有局部非线性和未知隶属度的T-S模糊控制系统,考虑了在多模型框架下,基于状态反馈的闭环系统故障诊断问题。文中的部分理论结果应用到钟摆模型、双倒立摆模型和近空间飞行器再入阶段非线性姿态模型的控制器设计以及故障诊断问题中,仿真实例验证了所提方法的有效性。本文的主要内容如下:第一、二章系统地分析和总结了模糊控制理论研究领域的发展现状及研究方法,并给出了与本文相关的一些预备知识。第三章讨论了仿射T-S模糊系统的稳定性分析和控制器设计问题。首次提出了基于矩阵解耦技术的仿射T-S模糊系统的稳定性分析方法,并通过引入松弛变量的方式得到了线性矩阵不等式形式的H∞控制器设计条件。与已有技术相比,所提方法避免了对Lyapunov矩阵的结构限制,可以给出具有更少保守性的设计条件。仿真算例验证了本章所提方法的有效性及优越性。第四章讨论了连续时间仿射T-S模糊系统的有限频鼠H∞控制问题。通过构造分段Lyapunov函数和S-procedure,以及应用矩阵解稱技术,本章分别针对属于低频、中频、高频的干扰给出了满足有限频H∞性能的状态反馈控制器设计条件,并以LMI形式表出。与全频H∞控制结果相比,本章所提出的控制器设计在干扰频率范围已知的情况下可以保证更好的干扰抑制性能。最后,仿真算例说明了所提方法的有效性及优越性。第五章讨论了带有未知互联项的不确定仿射T-S模糊大系统的分散状态反馈控制问题。首先,利用模糊规则中的结构信息将每个子系统的状态空间划分为工作点区域和交叉区域,并在给定的状态区域划分基础上,设计分散分段状态反馈控制器。随后,引入环路小增益条件来处理未知互联项,使得闭环系统是渐近稳定的,并且满足一定的干扰抑制性能。通过构造分段Lyapunov函数和S-procedure,以及应用矩阵解耦技术,给出了LMI形式的分散状态反馈控制器设计条件。与已有方法相比,所提方法不需要互联项与控制输入之间满足匹配条件,也不需要控制器增益与Lyapunov矩阵之间满足等式约束条件。最后,仿真算例验证了所提方法的有效性。第六章讨论了带有测量误差的仿射T-S模糊大系统的分散动态输出反馈控制问题。首先,利用模糊规则的结构信息将每个子系统的输出空间划分为工作点区域和交叉区域,基于这些分区设计分散分段动态输出反馈控制器。其次,引入环路小增益条件来处理未知互联项,使得闭环系统是渐近稳定的,并且满足一定的干扰抑制性能。随后,考虑了系统实际输出与测量输出之间的误差,以及由此导致的系统与控制器之间的不匹配区域,将测量误差界以S-procedure的形式加入控制器设计中。结合矩阵解耦技术,给出了满足H∞性能的分散动态输出反馈控制器设计条件。与没有考虑测量误差的方法相比,所提方法可以保证系统更好的稳态性能。仿真算例验证了该方法的有效性。第七章讨论了带有局部非线性以及未知隶属度的T-S模糊控制系统的故障诊断问题。首先,设计一个状态反馈控制器,使得系统在正常及故障情况均能保证稳定性,并满足一定的干扰抑制性能。随后,在多模型框架下,设计一组故障检测与隔离观测器,使得每一个观测器对应一个系统模态。通过引入切换技术,所设计的故障检测与隔离观测器可以通过在线切换能力来保证其中一个观测器能跟踪当前系统状态,进而使相应的残差信号可以指数收敛到零。所设计的故障检测与隔离机制可以有效地检测并隔离故障。进一步,对于带有执行器故障的T-S模糊控制系统,结合故障检测与隔离机制和自适应技术,提出了自适应故障估计观测器设计方法。所设计的故障估计观测器可以保证故障估计误差指数收敛于零。仿真算例验证了所提方法的有效性和优越性。最后对全文所做的工作进行了总结,并指明了下一步研究的方向。