Un processaus sera dit en "état normal" ou "sain" si les relations de cause à effet ne se sont modifiées.
A l'inverse, nous disons qu'un processus est "en état de défaut" ou "défaillant" si les relations de cause à effet se sont modifiées.

Différents niveaux d'état de dégradation peuvent etre constatés, et l'on note par ordre croissant d'importance les défauts en reconnaissant leur caractère, soit purement aléatoire (défauts cataleptiques) soit progressif dans le cas de l'usure ou du vieillissement (défauts évolutifs):

• défaut naissant
• défaut passager
• défaut permanent

Les défauts sont également classés selon leur origine. La modification des relations de cause à effet peut provenir de l'observation que l'on a du phénomène (capteur) ou encore de la cause que l'on croit appliquée au processus (organe de commande) ou du processus lui-meme.
On classe ainsi:

• les défauts capteurs
• les défauts actionneurs (organe de commande)
• les défauts composants (interne au système)

Le diagnostic de pannes consiste donc à détecter et localiser chacun de ces types de défauts. Les méthodes permettant de réaliser ces étapes sont diverses; citons à titre indicatif les approches "traitement du signal" (transformée de fourier, analyse du spectre), les approches "statistiques" (information de Kullback) et les approches à "base de modèles".

Les approches dites "à bases de modèles" utilisent des modèles mathématiques. Ils ont été définis comme un ensemble de représentations abstraites dans un cadre d'hypothèses. Pour un ensemble d'hypothèses communes, des structures classiques se retrouvent et ce sont celles que nous utiliseront dans nos approches. Ces structures bien connues des automaticiens sont la représentation d'état et les matrices de transfert.

L'opération de diagnostic de pannes se décomposent donc en deux étapes.

 
La Détection des défauts:
L'étape de détection permet de décider si le système est ou n'est pas en état structurel normal. C'est une opération logique dont la réponse doit etre oui ou non. Cette décision sera prise à l'aide de signaux générer à base de modèles; Ce sont les signaux indicateurs de défauts (aussi appelés résidus).
Sachant que le système de par son environnement et ses conditions de fonctionnement est soumis à des perturbations aléatoires, les signaux indicateurs de défaut se doivent d'etre performants au sens de leur insensibilité aux dites perturbations. De plus les modèles mathématiques inhérents aux outils de détection ne sont que des approximations des lois physiques qui régissent les systèmes. Les algorithmes de détection de doivent donc d'etre "robustes" vis à vis des perturbations aléatoires et des incertitudes de modèle. On entend ici par robustesse, l'aptitude d'un algorithme à etre insensible aux perturbations et incertitudes de modèles.

La Localisation des défauts:
L'opération de localisation suit l'étape de détection et attribue le défaut aux modules capteurs, actionneurs ou composants. Cette fois-ci un ensemble de signaux indicateurs générer à base de modèles, est nécessaire afin de mener à bien cette opération. Encore une fois, du au caractère incertain du modèle à traduire le système physique, ces signaux se doivent d'etre robustes vis à vis des perturbations et incertitudes de modèle.