论文的主要内容包括四大部分:控制网络协议实时性能的Petri网形式化分析理论及相关理论拓展研究;控制网络典型协议的实时性能分析计算及分类比较;基于实时性能优化的控制网络介质访问层协议改进研究;控制网络异构协议转换器的综合设计研究.论文系统研究了随机Petri网在性能分析领域的基本理论和方法,完善了各种特殊功能弧的定义,在广义随机Petri网(GSPN)和着色随机Petri网(CSPN)基础上,提出了两种拓展模型:拓展随机Petri网模型(EDSPN)和拓展着色随机Petri网模型(EDCSPN),给出了相应的模型求解算法.论文针对控制网络协议实时性能参数指标,给出了基于拓展随机Petri网模型的协议实时性能分析计算方法,并进一步提出了基于层次分解思想的性能参数简化计算方法.论文采用面向对象的程序设计方法,结合Matlab仿真实验工具,设计出了拓展随机Petri网性能仿真分析工具软件.协议的性能分析是协议实时性能改进和优化的基础,为此,针对控制网络典型的几种现场总线协议的实时性能,论文进行了深入的分析和研究,给出了分类比较的分析结果,总结了各种协议的性能特点和存在问题.在分析目前各种协议中存在的缺陷和共性问题基础上,论文提出了基于负载检测机制的控制网络介质访问(MAC)层改进协议,详细分析了改进协议的切换机制,建立了协议的随机Petri网仿真模型,并给出了协议的软硬件设计实现方法.?针对控制网络多种协议标准共存这一事实,论文对异构协议转换问题作了深入的研究,提出了基于EDSPN模型的异构协议转换器综合设计方法,给出了重要信息对偶集合的随机Petri确定算法和协议并行组合的构造算法.