网络化控制系统中的实时通信和设备维护是保证系统稳定、安全运行的两个重要问题。在通信实时性问题上,基于工业以太网的网络化控制系统在以太网访问控制层保留了CSMA/CD协议,该协议导致数据帧发生碰撞后具有较大网络延时,在一定条件下,会导致控制系统不稳定。因此,如何减小数据帧网络延时,提高通信实时性,保证系统稳定的运行是值得深入研究的课题。在系统维护问题上,由于多数网络化控制系统是可维护系统,而非定期报废系统,因此对系统中的设备进行有效的维护,能够降低设备的失效概率,延长系统的工作寿命,对系统安全、可靠的运行具有重要意义。针对网络化控制系统的实时通信和设备维护问题,开展的具体研究工作如下：数据帧在不同网络负荷下对工业以太网缓存队列长度有不同的需求,针对该问题,建立了基于排队论的工业以太网缓存队列长度需求模型。该模型对数据帧在工业以太网缓存队列中的传输过程进行分析,得出数据帧排队延时是影响网络延时的主要因素,确定数据帧进入缓存队列过程的统计分布模型。用排队理论对数据帧排队延时建立基于通信损失的数学模型并给出该模型下的目标函数。利用边际法求解目标函数,得到最优队列长度。对该结果进行仿真实验,实验结果验证了模型建立的准确性和有效性。将实验结果与WFQ方法得到的结果进行了比较,比较结果表明该模型在通信损失上优于WFQ方法。工业以太网发送端和接收端的数据传输速率在统计条件下能否达到平衡状态直接影响工业以太网的通信效率。为了提高工业以太网的通信效率,建立了基于Markov理论的统计条件下工业以太网通信效率优化模型。该模型对工业以太网传输状态进行分析,确定每种状态之间的转移概率并以此构成状态转移概率矩阵。通过解平稳状态方程得到以太网处于每种状态的概率,之后计算数据帧发生碰撞后每次重传成功概率。以数据帧发送成功率最大为目标函数,对发送端数据帧的发送速率进行了优化。对优化结果进行了仿真实验,实验结果验证了模型的有效性和实用性,同时将实验结果与SRTC方法进行了比较,比较结果表明,该模型在以太网传输成功率、吞吐量及端到端平均延时上都优于SRTC方法。为了提高冗余控制系统的工作寿命,提出了基于半Markov理论的冗余控制系统预防维护优化方法。该方法在一些必要假设条件下对系统的动态特性进行分析,用半·Markov链及再生点技术刻画系统状态转移概率,得出系统的半Markov核。通过对半Markov核进行拉普拉斯变换,得到系统状态分布函数的象函数,并以此得到系统平均工作寿命的数学表达式。对该表达式进行分析,得到不同条件下预防维护周期与系统平均工作寿命之间的关系,并以定理的形式给出系统的最优预防维护周期。最后给出了计算实例和仿真实验,计算实例和仿真实验验证了该方法行之有效。为了降低网络化控制系统中设备失效带来的损失,提出了网络化控制系统的无优先级纠正维护模型和优先级纠正维护模型。在无优先级纠正维护模型中,对系统的维护过程进行描述,定义系统的转移状态及状态空间,分析并得到任意两个系统状态之间的转移概率。通过计算得出该系统状态转移本质上是一种特殊的Markov过程——生灭过程。在此基础上,利用排队理论和卷积理论分析并得到了控制器的平均失效时间。考虑失效控制器对整个系统的影响,以系统稳定性为约束条件,给出基于系统损失的优化目标函数。在优先级纠正维护模型中,给出每类控制器的优先级,计算最高优先级失效控制器的平均失效时间,分析并得到其它各类控制器的虚拟失效时间和实际失效时间的关系。通过递推方式,得到各类控制器的实际失效时间。考虑各类控制器的失效损失,给出带约束条件的基于系统损失的优化目标函数。最后通过两组数值实例,验证了两个纠正维护模型的正确性和有效性。最后以大连理工计算机控制工程有限公司综合监控系统为测试平台,对工业以太网缓存队列长度需求模型和通信效率优化模型进行了实际测试,实测结果表明两个模型切实改善了工业以太网的通信性能。对冗余控制系统预防维护优化方法和网络化控制系统纠正维护优化模型,以冗余控制子系统和综合监控系统为研究对象,给出了计算实例。