HAGC系统作为板带轧机厚度控制的核心内容，是一集机、电、液于一体的复杂系统，其控制精度和可靠性直接影响板带生产质量和效率，因此对其进行故障诊断研究具有重要的实际意义。针对板带轧机厚度控制系统的参数变化导致故障诊断困难及实际故障模拟费用高、危险性大等问题，本文在充分考虑轧机机体各部分的质量、刚度和阻尼的情况下，应用模块化建模的方法，建立了具有前馈和反馈控制的板带轧机厚度控制系统的三自由度动态仿真模型。此模型可以更完善地反映系统各参数变化对系统响应的影响，为一种具有实用价值的故障模拟模型。应用所建模型进行系统动态响应分析及系统不同轧制状态下的故障模拟研究，所获取的故障特征可为系统故障预测和诊断提供依据。为解决系统多故障难以辨识和定位问题，本文提出应用未知输入观测器对未知输入具有鲁棒性的特点进行多故障诊断和隔离。文中建立了系统状态方程，并通过对系统故障进行分析确定了不同故障的方向矢量；应用未知输入观测器和广义残差集理论将系统故障作为未知输入，设计了未知输入观测器组以获得对特定故障方向具有鲁棒性的广义残差集；通过模拟仿真验证了本方法的可行性。本文基于燕山大学国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心的300四辊冷轧机中试平台进行实验研究，应用所获取的实验数据验证了模型的正确性和故障模拟的可行性。