随着现代制造工业的快速发展,被控对象的不确定性、非线性、故障多样性等特征越来越明显,并且严重制约着整个控制系统的稳定运行水平的进一步提升。近年来,不确定性非线性系统的稳定性分析与控制设计问题已经成为控制科学与工程领域研究热点。特别地,得益于模糊系统在难以获取精确数学模型的不确定性非线性系统建模问题中的技术优势,基于模糊模型的不确定性非线性系统的稳定性分析与控制设计研究取得了重要进展。然而,绝大部分已有方法普遍采用并联分布补偿(PDC)技术进行模糊控制系统的稳定性分析与控制设计,导致理论结果保守性居高不下从而限制了模糊控制理论的广泛应用;与此同时,基于模糊模型的故障估计问题研究也面临同样的窘境。针对上述问题,本文开展了不确定性非线性系统的模糊控制与故障估计相关研究,分别提出了一种转移概率已知的马尔可夫跳变模糊系统(MJFS)鲁棒控制方法、一种基于可变权值切换机制的离散T-S模糊系统实时调度镇定控制方法、一种基于加权切换方法的模糊故障观测器设计方法。具体地,本文主要研究内容叙述如下:首先,针对具有多模态跳变特性的非线性系统,使用马尔可夫跳变模糊系统对其进行建模,提出了一种基于新型切换机制的非PDC型模糊状态反馈控制器,这样可以充分利用切换机制的相关知识,将归一化方法结合在控制器的设计上,并对应此机制设计了一种与之匹配的Lyapunov函数,并通过引入一组松弛矩阵变量最终给出一种转移概率已知的MJFS鲁棒控制方法,仿真结果成功验证了该方法比先前基于PDC技术的相关理论方法的保守性更低。其次,研究了基于离散时间T-S模糊系统的实时调度镇定控制问题。通过有效利用每一个采样时刻的归一化的模糊加权函数大小排名信息而提出一种新型的可变权值切换机制;基于这种切换机制设计出一种新的模糊切换控制器,它具有若干不同的激活模式并且在每一个采样时刻可以通过可变权值切换机制的输出值进行动态调整,能够显著降低模糊控制设计的保守性。更为重要的,这种基于可变权值切换机制的离散T-S模糊系统实时调度镇定控制方法在减少已有方法控制设计保守性的同时并不需要增加额外的离线或者在线计算负担,也就是说,所提出的方法具有很好的性能特征,增强了理论方法的适应范围和算法效率。最后,研究了基于离散时间T-S模糊系统的模糊故障估计问题。通过将归一化的模糊加权函数生成的空间划分为若干不重叠的子空间并设计出一种有效且快捷的加权切换方法来在线识别每一个采样时刻系统所处的具体子空间;在此基础上,又提出了一种切换型模糊故障观测器,它在不同的子空间具有不同的观测器增益矩阵因而能够充分地利用所处子空间的特性信息,因而与之前相关结果比具有更小的保守性。更为关键的是,该切换型模糊故障观测器的在线运行过程成功消除了之前方法的若干费时性在线计算负担,这也更加有利于理论方法的实际应用。