与传统点对点控制模式相比,网络化控制系统减少了系统布线,可节约系统设计成本,增强系统可维护性、交互性和故障诊断能力,已在众多领域得到应用。网络化控制目前也成为国际控制界的热点研究课题之一。然而,利用有限带宽的通讯网络来传输现场级大量的实时数据给控制系统的分析和设计带来了许多新的问题和困难,其中,网络诱导时延和数据包丢失是最为常见的两个问题,是引起系统性能下降甚至失稳的主要原因。针对这两个问题虽然已有不少研究成果,但仍有许多关键问题尚未解决,特别的,分析并指出时延和丢包给控制系统设计所带来的根本困难,进而提出系统的建模、分析和设计方法,建立时延和丢包特征参数与系统参数和性能之间的关系(特别是定量关系),降低设计结果的保守性,具有重要的意义。这些是本文要研究和解决的问题。具有时变时延的网络化控制系统主要存在以下几个问题:首先是由时延时变性引起的指数时变项问题;其次是由长时延引起的时序错乱问题,特别的,针对具有突发性大时延的情形,若在系统设计时仅考虑时延上界将带来极大的保守性;最后,需要建立时延特征参数与系统性能之间的关系。本文采用鲁棒控制和切换系统理论与方法解决这些问题,主要取得以下两方面成果。首先,针对具有时变短时延的网络化控制系统,提出了不确定系统和切换系统两种方法解决指数时变项问题。在不确定系统方法中,将时延分解为名义部分和时变不确定部分,进而将网络化控制系统描述为一类范数有界不确定系统。在切换系统方法中,对时延进行了量化处理,将时延在一个连续区间内取值转化为在一个有限集内取值,将时延的时变性转化为系统模型之间的切换特性。基于这两种处理方法,给出了系统稳定化状态反馈控制器设计方法,并建立了时延上界、时延变化范围以及时延变化率与系统性能之间的关系。其次,针对具有时变长时延的网络化控制系统,提出了切换系统和鲁棒控制两种建模和设计方法。在切换系统方法中,同时建立了时延上界和大时延发生率与系统性能之间的关系,给出的结论说明了:尽管大时延幅值可能很大,但只要其发生率足够低,则仍可设计稳定化状态反馈控制器。在鲁棒控制处理方法中,将大时延摄动下的系统部分动态描述为系统的不确定性,进而基于小增益定理给出了稳定化状态反馈控制器设计方法。针对具有丢包的网络化控制系统,关键问题在于建立丢包过程特征参数以及系统参数与系统性能之间的关系。根据对丢包过程的不同描述,采用了随机系统、切换系统和时滞系统理论与方法解决以上问题,主要取得以下四方面成果。第一,研究了随机丢包影响下的网络化系统控制问题。首先,针对具有集中式结构(系统所有测量输出/控制输入由一个节点发送/接收)的网络化控制系统,提出了稳定化状态反馈控制器设计方法,同时建立了丢包概率和最大连续丢包数与系统性能之间的关系。其次,针对具有分布式结构(系统的测量输出/控制输入由多个节点发送/接收)的网络化控制系统,提出了状态反馈控制器和调度协议的联合设计方法,同时建立了丢包概率和节点网络访问概率与系统性能之间的关系。第二,研究了具有分布式结构的网络化系统在随机丢包影响下的信号估计问题。首先,考虑所有节点能在一个采样周期内完成数据包传输的情形,提出了网络化线性离散系统的H∞滤波器设计方法,建立了多个节点的丢包概率与H∞滤波性能之间的关系。其次,考虑所有节点未能在一个采样周期内完成数据包传输的情形,研究了网络化线性离散系统的线性最小均方估计问题,设计了最优滤波器、预测器和平滑器,同时建立了丢包概率和节点网络访问概率与最优估计性能之间的关系。第三,研究了网络化控制系统的性能与丢包率之间的定量关系。利用切换系统方法提出了丢包影响下的网络化系统状态反馈和输出反馈稳定化控制器设计方法,建立了最大允许丢包率与系统指数衰减率之间的线性函数关系。第四,利用切换时滞系统理论与方法研究了丢包影响下的网络化控制系统性能与采样周期之间的关系,建立了系统指数衰减率与采样周期之间的函数关系。论文通过Matlab和Truetime软件对一些实例进行了仿真研究,验证了所提出设计方法的有效性。最后,对全文进行了总结,并对进一步的研究提出了展望。