自从20世纪60年代，学者们创立了滤波理论以及滤波器设计方法以来，滤波问题便一直作为自动控制与信号处理领域内的重点与难点问题，得到学者们的广泛关注。滤波理论通过构造合适的滤波器使得许多难于实现的控制方法在诸多工程领域中获得了成功的应用，如飞行器的自主导航、雷达跟踪、火控系统控制以及经济金融分析等。极大的推动了控制科学与工程的进一步发展。而伴随着现代工业领域对控制系统的成本、可靠性、可维护性的要求越来越高，以及近几十年来网络化通讯理论技术发展的日趋成熟，越来越多的控制系统均开始采用网络化通讯技术，并且取得了优良的控制效果。但与此同时，由于在网络化环境中，系统通讯能力受到信号通道带宽等诸多条件的限制，使得在网络化控制系统中出现了许多新特性，如信号的量化误差、数据传出延迟、数据随机丢包等。通过分析这些特性的产生原因，学者们发现，这些随机现象均是由于在网络化环境中，测量或者传递的信号所含部分信息丢失所致。正是这种部分信息丢失最终可能导致系统整体性能的急剧下降甚至崩溃。因此，网络化技术的出现不但为滤波理论的发展带来了新的机遇，同时也伴随着巨大的挑战。发展一种适用于网络化环境下，可以更加充分利用随机现象的统计特性的新型鲁棒滤波方法，成为了一项意义深远的研究方向。本文的主旨是针对在网络化环境下，时滞系统可能出现的信号量化误差、传输延迟、数据丢包等具有随机发生规律的网络化特性，并基于带有此类特性的实际工程中常见的系统模型，如线性系统、Markov跳跃系统、模糊系统等，结合鲁棒滤波器设计问题提出一些新的研究问题以及新的研究方法。经过对上述各种随机特性具有统计意义上的建模后，本文将小增益定理进行扩展，并得到适用于一般随机系统的输入输出方法，在此基础上探讨各类随机时滞系统的滤波器设计以及故障诊断问题。本文研究了几类常见且具有代表性的时变系统的H∞滤波问题，并且将所得结论应用于基于网络化环境的，通信受限情况下线性离散系统的故障诊断的研究中，最后结合连续搅拌釜式反应器的故障诊断滤波器设计问题，取得了满意的效果。在总结了相关理论及应用背景和现有主要研究成果的局限性的基础上，本文重点研究了带有时变时滞的线性离散系统的鲁棒滤波器设计问题。通过引入同时考虑时变时滞上确界以及下确界的两项时滞近似估计方法，将原滤波误差系统变换为由两个子系统构成的内联系统，使得其满足小增益定理的使用环境以及条件。并且详细分析了这种基于模型变换的输入输出方法可能给最终结果带来保守性的原因，而且重点阐述了如何尽可能的减少这种保守性的方法。通过分别分析两个子系统的比例小增益，即H∞范数，给出了滤波误差系统渐近稳定且满足给定的H∞性能的充分条件。解决了一类带有时变时滞的线性离散系统的鲁棒滤波器设计问题。并且从理论上阐述了这种输入输出方法和直接使用Lyapunov稳定性理论对系统进行分析的区别以及内在联系。通过仿真算例将所得结果同其他主要方法得到的结果进行对比，在保证算法有效性以及实用性的基础上，证实了所提出的结论具有更低的保守性，并且通过理论分析，详尽阐述其理论依据。为通信受限情况下更为复杂的随机非线性系统的鲁棒滤波问题的研究提供了理论基础，并且在许多网络化系统中有一定的应用前景。由于Markov跳跃系统在控制以及信号处理领域中的重要性，许多学者们一直将其作为研究的重点。以此为研究背景，本文考虑在带有时变时滞的情况下，其鲁棒滤波器设计问题。由于小增益定理无法直接应用于随机系统中，在结合随机稳定性以及均方意义下的输入输出稳定性定义的基础上，重点阐述了如何将小增益定理扩展至一般的随机系统。并且以此为研究框架，结合保守性较低的模型变换方法，进一步分别分析了经变换后得到的滤波误差系统的两个子系统。得到原系统H∞滤波器存在的充分条件，并提出相应的鲁棒滤波器设计方法。在此基础之上，进一步考虑了当数据丢包情况发生时，以及在传感器饱和约束的背景下，带有时变时滞的Markov跳跃系统的鲁棒滤波器设计问题。针对不同的随机特性，选取具有统计意义的建模方法，并利用适用于随机系统的输入输出方法，提出了考虑数据随机丢包特性的Markov跳跃系统的鲁棒滤波器设计方法。并以得到的结论为基础，进一步研究了当同时发生传感器饱和现象时，Markov跳跃系统的H∞滤波问题。为了使研究的问题更加贴近工程应用，还同时考虑了状态依赖形式的随机噪声以及外部干扰。在分析对比了现有对传感器饱和特性建模方法的基础上，采用一种更具有通用形式的方法对传感器饱和函数进行分解处理。对于得到的滤波误差系统，利用模型变换，以基于小增益定理的输入输出方法为分析方法，提出了满足给定的H∞性能条件的鲁棒滤波器存在的充分条件，并给出了H∞滤波器的具体设计方法。为更加复杂背景下的随机系统鲁棒滤波问题研究提供了理论依据，同时为许多工作情况复杂，或者使用随机切换系统建模的工程应用提供理论指导。本文还进一步针对网络化环境下可能出现的随机非线性特性，研究了在通信受限情况下模糊系统的鲁棒滤波器设计问题，并且同时考虑系统中含有时变时滞的情况，详细分析了当信息回路中存在信号量化误差以及数据随机丢包等网络诱导特性对滤波问题的影响。通过对这两种随机特性分别建模后，以时变时滞为模型变换的切入点，利用输入输出分析方法，提出了新的在网络化环境下H∞模糊滤波器存在的充分条件，并以此为基础，建立了相应的H∞滤波器设计方法。另外，还考虑了另一种在工程应用中经常出现的非线性特性，即在传感器饱和现象发生的情况下，模糊系统的鲁棒滤波问题。介绍了现有文献对传感器饱和现象的主要建模以及分析方法，通过对比这些方法的优点以及局限性，在保证最终结论的实用性以及有效性的前提下，采用了更加具有通用形式的分解方法对饱和函数进行处理。并借助基于小增益定理的输入输出方法，分析滤波误差系统的随机稳定性，最终提出传感器饱和约束下的H∞模糊滤波器存在的新条件，以及模糊滤波器的具体设计方法。提出针对具有随机特性的模糊系统鲁棒滤波问题的一般分析方法，为其在工程领域的实际应用做了理论铺垫。基于前面的理论分析，本文还提出了基于网络化通讯传感器的不确定系统的故障诊断问题，同时考虑当由于网络诱导的信号量化误差、数据传输延迟、以及数据随机丢包这三类主要的随机特性发生时，对线性离散系统故障诊断问题研究的影响。为了利用残差信号对故障信号进行估计，将故障信号进行加权处理，使用应用极为广泛的线性化加权矩阵这种最小实现方法，并利用基于阈值的方法对得到的残差进行赋值，进一步给出了对出现的故障进行诊断的逻辑关系。针对工程中应用广泛的对数量化器，结合信号传输过程中可能出现的随机延迟以及随机丢包特性，对其建模后发现，得到的故障诊断滤波器误差系统是含有时变时滞的随机系统。因此，利用保守性相对较低的模型变换方法，利用基于经扩展的小增益定理的输入输出方法，结合Lyapunov稳定性理论，得到在保证故障诊断滤波误差系统是随机稳定的前提下，其满足给定的H∞性能指标的充分条件。在此基础之上，分析了现有主要的对所得条件进行线性化的方法，结合故障诊断问题的具体形式以及其方法的局限性，提出了改进方案，最终得到保守性更低的结果。最终，将所得结论应用于连续搅拌釜式反应器，并取得了良好的控制效果，充分证明了所得结论的有效性与实用性。本文对所提出的基于输入输出方法的通信受限情况下随机系统鲁棒滤波器设计方法在工程应用中进行了验证性尝试，提出了针对复杂应用环境下的不确定系统滤波问题的间接分析方法，即拓宽了解决此类问题的方法与思路，也为后续可能的工程实践与应用提供了理论基础与指导。