Petri网自1962年Carl Adam Petri教授在他的博士论文中首次提出,至今已有50余年。Petri网是离散事件系统建模、分析与控制的一种重要工具,通过将不同学科领域的技术和方法融合到Petri网之中,使得Petri网理论得到了十分广泛应用,并持续不断地推动Petri网的发展。自控网系统是在普通Petri网的基础上加上控制机制得到的一类高级Petri网,具有比普通Petri网更强的描述能力。自控网系统的提出,架起了Petri网理论与现代控制理论之间的桥梁,促进了Petri网理论与现代控制理论之间相互融合与借鉴,拓展了研究领域。论文以自控网系统理论为主线,综合了图论、神经网络和现代控制理论中的相关技术和方法,在基于自控网系统的建模和分析以及控制应用等方面进行了深入的探讨和研究。论文主要内容与创新之处如下:(1)介绍了自控网系统以及各种扩展自控网系统的定义,重点分析了广义连续自控网系统和混杂自控网系统的性质,给出了采用各类扩展自控网系统为离散系统、连续系统和混杂系统建模的案例,充分展示了自控网系统有着重要的理论研究意义和广泛的应用性。在分析现有Petri网软件工具的基础上,采用面向对象技术设计开发了支持自控网系统的建模工具。所开发的软件支持各类自控网系统模型的创建和动静态性质分析,并具有对采用广义同步自控网系统建模的数字系统进行功能仿真以及VHDL代码生成的功能,从而为后续基于自控网系统的应用提供了有力的软件支撑平台。(2)研究了采用混杂自控网系统建模切换型混杂系统的方法。针对一般的切换系统,将系统离散动态和连续动态分别映射为混杂自控网系统模型的离散部分和连续部分。基于切换线性系统的混杂自控网系统模型,分别提出了结构可控性、稳定性和可达性的分析方法。首先在切换线性系统的结构可控性判别上,依据混杂自控网系统模型到有色并图的映射,以及结构可控性的图论判据,提出了在混杂自控网系统模型上直观有效地判定切换线性系统结构可控的条件。其次针对周期切换线性系统的稳定性分析问题,根据“周期切换线性系统的稳定性与一等价的非切换的线性系统稳定性相同”的结论,提出了在周期切换线性系统的混杂自控网系统模型上,通过图论方法巧妙地计算此等价的线性系统的状态矩阵特征多项式,进而判定原系统的稳定性。最后,提出了一种新的切换线性系统的可达性分析方法。该方法将混杂自控网系统的建模能力与混杂自动机的分析能力相结合,通过转换混杂自控网系统模型到混杂自动机模型,并借助于成熟的混杂自动机分析工具,从而得到系统可达集。(3)研究了基于自控网系统的两类解耦控制方法。针对线性系统的解耦控制问题,建立了线性定常受控系统的广义连续自控网系统模型,借鉴现代控制理论中状态反馈动态解耦的基本原理,提出了利用模型的图形结构,简单有效地判断系统的可解耦性以及求出解耦控制律的方法。在非线性多变量系统解耦控制方法上,利用自控网系统的权受控特性和变迁发生规则,建立了PID控制器的广义自控网系统模型,并在模型中引入学习机制,从而实现了系统控制和参数学习有机的统一,不同参数学习过程可并行执行,易于用FPGA工程实现。借鉴单神经元PID解耦控制原理,实现了基于广义自控网系统模型的非线性系统解耦控制。(4)研究了在自控网系统的统一框架下实现混杂控制系统中控制器的方法。基于广义同步自控网系统设计了监控器模型和数字控制器模型,自控网系统不仅用于实现高层的离散决策,而且用于实现对被控对象的直接物理控制。为支持自控网系统控制器的硬件实现,提出了一种基于FPGA可编程逻辑器件平台的解决方案。借助于一种带优先级的多输入-多时钟D触发器的器件,设计了广义同步自控网系统模型到VHDL代码的转换算法,完成了广义同步自控网系统模型在FPGA平台上的实现,也为异步并发系统的设计与实现提供了解决方案。