CAN总线是一种被广泛用于汽车、工程机械、工业机器人及其它工业自动化设备中的现场总线,其通信存在随机延时。当CAN总线因电磁干扰、线缆老化和接头松动等原因出现通信故障时,其通信延时会增加并导致通信丢帧。由于设备的许多关键部件基于CAN总线进行控制,通信延时与丢帧会降低控制系统性能,严重时还可能会损坏设备。若能对CAN总线通信延时与丢帧进行补偿,以消除其不利影响,可改善控制系统性能,使设备在有通信故障时仍能可靠、安全、高效地运行,并可减少设备停机时间,有助于灵活选择维修时机。CAN总线因其独特的通信机制,对通信负载比较敏感。通信负载增加会降低通信性能,因此,通信延时与丢帧补偿方法应尽量避免增加通信负载。此外,由于通信故障特性随机,通信延时与连续丢帧数变化范围较大,且概率分布难以预先获知。为尽量提高控制系统性能,补偿方法应能根据具体的通信延时与丢帧情况进行准确的补偿。但是,现有的补偿方法难以在不增加通信负载的情况下对通信延时与丢帧进行准确的补偿,因此有必要研究新的通信延时与丢帧补偿方法,以保证CAN总线控制系统在有通信故障时仍能具备良好的控制性能。论文针对CAN总线控制系统特点,提出了一种分布式补偿方案；并基于CAN总线通信活动的监测分析,提出了一种不影响通信负载的延时与丢帧的在线检测方法；以线性SISO系统为例,分别研究了在输出反馈控制系统和状态反馈控制系统中的具体补偿方法；提出了将分布式方法应用于混合动力挖掘机电动回转系统的具体实现方案；为解决在通信故障严重时补偿能力有限的问题,提出了一种基于CAN总线通信质量监测的补偿效能在线预警方法。论文所提的一整套方法可在不影响CAN总线通信性能的情况下,保障控制系统安全高效地运行。作为典型的网络控制系统,CAN总线控制系统的通信延时与丢帧补偿可为其它网络化控制系统提供借鉴。论文的各章内容分述如下：第一章论述了在控制系统网络化的背景下研究通信延时与丢帧补偿的重要意义；介绍了网络控制系统中通信延时与丢帧补偿的研究现状,分析了几种常用补偿方法的特点及应用于CAN总线控制系统时存在的不足；介绍了网络控制系统中通信延时检测的研究现状,分析了现有方法的特点和不足；最后提出了课题的主要研究内容。第二章对CAN总线控制系统通信延时与丢帧的机理及补偿方案展开了研究。首先分析了CAN总线通信延时与丢帧的产生机理,并归纳了其特点；然后分析了通信延时与丢帧对控制系统的内在影响；最后基于前述研究,针对CAN总线对通信负载敏感及其通信延时与丢帧随机变化的特点,提出了一种通信延时与丢帧的分布式补偿方案,并探讨了所提方案中补偿器设计的共性问题。第三章针对CAN总线通信延时与丢帧随机变化,且难以准确计算、预测和测量的特点,研究了CAN总线通信延时与丢帧的在线检测方法。首先基于对总线通信活动的监测分析,提出了通信延时与丢帧在线检测的总体思路；然后针对通信延时的不确定延时部分,深入分析了总线上的消息传输序列,并在此基础上提出了在线估计通信延时的方法和检测通信丢帧的方法；最后搭建了试验平台,通过试验验证了所提方法的有效性。第四章以线性SISO系统为研究对象,针对不同的控制结构特点,分别研究了状态反馈控制系统和输出反馈控制系统的分布式补偿方法。首先,根据状态反馈控制系统基于状态观测变量计算控制量,且观测变量无法在执行器端获知的特点,提出了基于状态观测器的反馈补偿方法,并提出了基于状态值发送和基于状态独立估计的控制补偿方法。然后,根据输出反馈控制系统利用系统输出计算控制量,且执行器可实时获知系统输出的特点,提出了基于被控对象模型的反馈补偿方法和基于反馈控制率的控制补偿方法。最后,基于MATLAB/simulink建立了仿真模型,仿真研究了所提补偿方法的有效性。第五章为保证混合动力挖掘机电动回转系统在出现通信系统故障时仍能具备良好的操作性和舒适性,以提高其可靠性和安全性,研究了所提分布式补偿方法在混合动力挖掘机电动回转系统中的具体应用。首先,针对电动回转平台转动惯量时变,且参数难以辨识的特点,建立了能反映系统主要动态特性的简化模型,并采用带遗忘因子的递推最小二乘法在线辨识了模型参数。然后,提出了分布式补偿法的具体实现方案,给出了反馈补偿器和控制补偿器的具体实现；并针对补偿方法在通信丢帧较严重时补偿能力有限的问题,提出了基于通信质量监测的补偿效能在线预警方法。最后,将所提方法植入混合动力挖掘机控制器中,通过实验验证了所提方法的有效性。第六章总结了论文的主要研究工作和创新点,并展望了后续的研究方向。