网络控制系统是通过网络实现控制机构之间相互通信的全分布式实时反馈闭环控制系统,呈现出传感器、控制器和执行器空间分离的物理特征。二十一世纪初,在全球富有盛名的19位学科领域专家及23名学者共同撰写的《息爆炸时代的控制——关于控制、动力学和系统未来方向的专家小组报告》中,明确指出基于网络的控制是未来发展的重要方向。因此,网络控制系统成为一个新兴的学术研究方向,受到全世界计算机、自动化、通信等领域的学者们广泛关注。同时网络控制系统的研究中,网络延时对控制系统所带来的影响也被提出,成为了需要重点考虑的研究关键点。本文着重于从控制系统和控制算法设计的角度,开展基于无线个域网的网络控制系统分析和综合研究,提出了一种新的异步通信网络传输延时递推差分计算方法,设计了一种新型可动态确定预测步数的广义预测控制器,解决由于网络通信约束,导致网络控制系统采样周期与系统实际物理对象所要求的控制系统采样周期之间失配,进而导致网络控制系统性能恶化,系统难以稳定运行的问题。首先,从物理层、MAC子层以及基于IEEE 802.15.4的无线个域网多跳及路由转发等方面分析了网络传输延时的客观存在。从系统应用的角度分析了由于节点休眠、网络规模较大和新节点入网等因素所造成的网络等待延时。以计算机控制系统理论为基础,分析了系统采样周期受到被控对象确定的约束情况及其取值边界。从而,明确出系统采样周期在同时受到通信周期约束与被控对象约束且相互矛盾时,网络控制系统可能趋于不稳定的动态特性。其次,约定了本研究所依托的基本网络环境为遵循网状网络体系结构的ZigBee网络。明确了所研究无线网络控制回路的基本结构,并对基于有信标帧通信模型的NCS通信事务时序和基于无信标帧通信模型的NCS通信事务时序进行了分析。提出了一种新的无全网时钟同步网络传输延时递推计算方法,可通过正常的报文通信直接计算网络传输延时,并根据系统设计者已知的请求、确认报文帧数据字节长度,解决双向传输延时不一致问题,避免误差累积。之后,以兼顾网络延时的最小刻度时间基础值与符合被控对象性能要求的控制系统采样周期为准则,动态确定预测步数和控制周期。采用将网络控制系统采样周期与控制周期分离的思想,以满足网络通信延时约束条件的时变采样周期性作为广义预测控制器的数据输入采样周期,以便满足被控对象性能条件的预测步长作为广义预测控制器的控制运算输出周期,实现无线网络控制系统的稳定控制,并克服传统预测控制中人为确定预测步数的不足。从理论上分析了采用本文所提出变采样广义预测控制方法的无线网络控制系统稳定性。通过仿真实验及结果分析,验证本设计的有效性。