故障诊断技术的出现、兴起与迅速发展，是实际应用需求与多学科发展两个方面交替作用的结果。论文围绕着非线性系统故障诊断两大类方法，从每一类中选取一种诊断方法，对基于粗糙集方法和基于鲁棒观测器方法进行研究，并用这两种方法对同一个非线性系统进行了故障诊断研究。论文的主要研究工作如下：在深入调研了当前非线性系统故障诊断的发展现状和研究热点问题后，总结得出了非线性故障诊断在故障诊断领域的特点和存在的问题，选取了两种代表性的非线性故障诊断算法，重点对这两种算法进行了研究分析。论文在学习研究粗糙集基础理论后，建立了基于粗糙集的三容水箱模型，用该模型与组态软件相结合，成功的诊断出了三容水箱的故障，在组态界面显示出了详细的故障部件信息。根据三容水箱的非线性特性，将其在工作点附近线性化。然后结合鲁棒观测器的特点，通过抑制其他故障的影响，来反过来突显此故障的特征来设计出了一个鲁棒观测器，将该方法应用于三容水箱故障的诊断，通过仿真验证来说明了其的有效性。