随着控制系统中网络化结构越来越复杂,网络因素对系统的影响也越来越明显。网络控制系统(NCSs)是通过网络实现闭环的一类系统,系统中的数据都要通过网络进行传输和交换。由于网络的承载能力以及通信带宽等因素的限制,使得数据在传输过程中不可避免的产生网络时延。网络时延的产生会降低控制系统的运行品质,在极端情况下,甚至会导致系统的不稳定。因此在控制回路设计过程中必须考虑网络时延对系统性能影响的问题。目前针对网络时延的研究大部分是从控制理论或通信理论的角度进行分析,而NCSs作为控制技术和通信技术交叉、融合产生的新技术,从二者结合的角度出发解决网络时延问题更为合适。　　 本文从控制和通信技术结合的角度出发研究NCSs中存在的网络时延问题。主要目的是如何设计控制算法以补偿网络时延对系统性能的影响。因此根据补偿算法的复杂程度以及系统性能要求,提出了五种网络时延补偿方法:τsc补偿方法、τca补偿方法、固定时延补偿方法、基于状态观测器的时延补偿方法以及基于在线τca的时延补偿方法。这五种时延补偿方法的基本思想是通过控制通信网络上数据任务的等待时间以影响网络时延的大小和取值规律,从而减少控制系统对网络的依赖,提高网络的有效利用率。同时还进一步研究了网络时延对NCSs中采样周期选择的影响的问题。同时,本文提出的理论和方法均在自行设计的CAN bus网络控制实验平台上加以验证。　　 具体而言,本文创新性的研究工作概括为以下五个方面:　　 ●设计并搭建了基于CAN bus的软硬件结合的实验系统,以验证本文对网络时延的分析及提出的时延补偿方法的有效性。通过真实的NCSs网络实验系统验证的研究结果与NCSs作为与实际应用紧密结合的研究方向的特点是一致的,使得本文在应用层面上的意义得到了很大程度的提升。　　 ●针对一般性的NCSs,分析了网络时延产生的因为以及影响网络时延取值规律的因素,并且从理论上分析了网络时延的取值规律。然后通过CAN bus网络控制实验平台,分析了不同网络负荷下CAN bus网络时延的产生情况。总结的网络时延的取值规律验证了上述对网络时延取值规律理论上的分析。　　 ●为了保证控制信号的实时性和准确性,提出了在线预估控制器与执行器之间的网络时延τca的方法一时延窗口匹配法。时延窗口匹配法是根据历史真实时延()ca预估将来时刻τca的一种方法。同时,时延窗口匹配法可以根据网络的状态或者匹配的结果在线更新时延窗口存储的历史真实()ca,所以时延窗口匹配法是一种具有智能因素的闭环预估方法。　　 ●在网络时延分析的基础上,根据补偿算法的复杂程度以及系统性能要求,提出了五种时延补偿方法。分别是τsc补偿方法、τca补偿方法、固定时延补偿方法、基于状态观测器的时延补偿方法以及基于在线τca的时延补偿方法。这五种方法的基本思想是减少控制系统的数据任务通过网络传输的等待时间,减少网络时延的大小并且使得网络时延的取值更加固定化。具体做法是通过内置传感器或者控制器模型取代实际的传感器和控制器节点的功能。实验结果表明,通过五种网络时延补偿方法,可以有效的解决网络时延对控制系统性能影响的问题。　　 ●分析了网络时延对采样周期选择的影响。当控制系统不存在网络时延时,根据香农定理便可选择合理的采样周期；当控制系统中存在网络时延时,仅仅根据香农定理已不能选择合适的采样周期。本文给出了保证NCSs稳定时采样周期和网络时延之间必须满足的关系。根据这些关系以及香农定理,确定NCSs采样周期的选择。