网络化控制系统是控制理论、通信技术、计算机技术相互交叉、相互融合而产生的一个新的研究方向。本文以网络化预测控制方法为基础，着重研究网络化控制系统的设计与实现问题，基于实际的网络环境和实际的被控对象，分别针对线性模型与非线性模型，设计网络化控制系统的预测控制器和补偿器，并通过实验验证各种控制方法的性能。为了方便网络化控制系统的研究，本文基于三种典型的网络结构搭建了网络化控制研究平台，测试并分析了不同网络下的延时特性。对延时的建模进行了分析，并给出了延时Markov模型的计算方法。　　 针对线性系统的网络化控制问题，建立了网络化预测控制(NPC)系统的数学模型，针对该模型提出了网络化预测随机最优控制方法，针对状态反馈和输出反馈两种情况给出了随机最优预测控制序列的生成方法，为了适应某些延时较大的NCS系统的使用要求，提出了一种基于一步跳变Markov延时模型的简化算法。在无线局域网和无线城域网两种环境下基于直流电机进行了实验，并与随机最优控制及网络化预测控制的结果进行对比，验证了该方法的有效性。　　 针对非线性系统的网络化控制问题，提出了两种非线性预测控制方法。对于一类相对阶为1的系统，设计了基于强跟踪滤波器的非线性自适应网络化预测控制方法，并分别在水箱系统和直流电机系统上验证了其性能。对于一类关系度不确定的非线性系统，提出了基于连续模型的非线性模型预测控制，以球杆系统为实例进行了仿真实验。　　 本文使用NetCon系统作为NCS设计和实现的主要工具，研究了网络化控制系统的时间同步问题，基于NetCon系统设计开发了IEEE1588时间同步软件，该软件克服了IEEE1588时间同步方法对硬件的依赖性，采用纯软件的方式实现了IEEE1588的核心功能，通过实验证明了在公共网络环境中可以提供微秒级的同步精度，并与因特网中常用的NTP时间同步协议进行了性能对比。　　 为了方便网络化控制系统的设计与实现，在NetCon系统原有的网络化控制工具箱的基础上，扩展了网络应用工具箱，使用该工具箱可以方便地对网络性能进行测量和分析，实现网络化控制系统中的各种工作机制，该工具箱还提供了网络加解密，数据校验等传输保障手段，为网络化控制系统的设计和实现提供了一套便捷有效的工具。应用该工具，设计了网络控制系统的可靠性机制，该机制利用网络化控制系统的分别式特征，灵活的结构，可以使控制器在不同硬件设备上自主切换，该机制能够保证网络化控制系统在某个控制器受到攻击、连接中断、数据错乱、出现故障等情况下依然正常运行，并在水箱对象上验证了其功效。