随着人类对海洋开发和利用的不断增加,自主式无缆水下机器人(AUV)作为一种能够完成水下作业任务的重要工具,对它的研究受到了国内外研究机构的广泛重视。作为在复杂海洋环境下工作的载体,自主性与安全性是水下机器人的基本要求。随着AUV功能的不断完善和拓展,系统的复杂程度也在不断增加,其安全性越来越受到广泛的重视,故障诊断技术的发展为AUV的安全性提供了技术支持。正确认识水下机器人的本质,建立精确的故障模型可以提高AUV的故障诊断的实时性与准确性。本文首先阐述了定性仿真和定性推理的机理及其过程,提出了将定性仿真应用到像水下机器人这种非线性系统行为推导的方法,推导了非线性系统的定性行为的转换关系,建立了非线性系统的状态转换关系,并分析了典型系统中的定性冗余行为产生的原因,验证了定性仿真在非线性系统中应用的可行性。本文以哈尔滨工程大学水下运载器智能控制技术实验室自主研制的“海狸”号开架式水下机器人为研究对象,根据根据开架式水下机器人的特点及其动力学模型,基于定性仿真方法建立了水下机器人的定性微分方程,推导了水下机器人的故障行为转换关系,最后建立了水下机器人的定性故障诊断模型。在建立的水下机器人的定性故障诊断模型的基础上,基于实验数据对机器人的定性故障诊断模型进行了验证,证明了定性仿真方法在水下机器人故障诊断中的应用的可行性。并针对定性仿真在系统建模过程中忽略了系统中的过多的定量信息的缺点,在建立故障定性模型进行故障检测时加入适量的定量信息,提高了故障检测的准确性,最终通过实验数据验证了其有效性。