网络控制系统是一种以网络为传输媒介,将空间分离的传感器、控制器、执行器等节点组成一个闭环控制系统,具有分布化、网络化、智能化和带宽资源共享等特点。由于网络控制系统有效节省布线、降低综合成本及提高系统诊断能力,因此,受到各行业领域用户的欢迎,具有广阔的应用前景和实用价值。然而,无论网络控制系统的理论学术研究还是应用技术研究,均由于网络通信的引入,使其变得比传统的控制系统设计更为复杂和更具有挑战性,成为广泛关注的研究热点之一。本文分别从底层网络节点、网络控制回路、乃至整个网络控制系统三个方面,按照自底向上、由点至面的思想,融通信、控制、调度为一体,开展网络控制系统的实时扩展及协同控制研究。构建了基于串行链路的自组织网络通信模型,提出了在无MAC地址状况下的多节点自动组网方法,实现设备的即插即用。完成网络控制系统的建模及控制器协同设计,可动态适应采样周期的时变性,解决了使用恒定控制参数而引起的控制次优问题。提出了基于带宽回馈变采样周期和基于采样周期优先级的二维调度方法,平衡网络控制性能和网络带宽利用率。本文的主要研究内容包括：1)为了满足网络节点动态变化要求,本文首先从通信角度出发,构建了一种基于串行链路的自组织网络控制系统通信模型。该模型采用自动扫描的方式,自动获取通信地址,并进行地址复用检测,从而实现网络节点的自动组网。通过实物平台验证,新入网设备节点均能在没有唯一设备标识符的情况下,实现在系统运行的任意时刻完成自动组网和设备的即插即用。2)从系统建模角度出发,将网络控制系统构建为一类不确定的动态区间模型；根据采样周期,采用连续离散化的方法,设计了状态反馈的比例控制器,并采用Lyapunov方程和线性矩阵不等式方法证明了该模型的稳定性；针对被控对象,采用假频能量系数的方法,给出了一阶、二阶被控对象采样周期变化范围的确定方法；最后,通过仿真验证该模型稳定性,并通过实验网络控制性能与采样周期的结果,证明了变样周期调度算法的有效性。3)从网络调度角度出发,设计了一个具有带宽约束和带宽回馈网络调度器,在最大带宽约束和回路贡献系数作用下,采用变采样周期调度方法,使得网络控制系统不仅可以全局优化网络的QoC(Quality of Control)和QoS(Quality of Service),而且基于该方法可以将回路多余带宽逐次回馈到网络中,降低网络资源过度消耗,保证有足够的带宽给新入网节点；接着,阐述了该网络调度器存在的合理性；最后通过实验仿真从多个角度验证了该算法的稳定性和优越性。4)综合考虑变采样周期调度算法和CAN(Control Area Network)链路通信仲裁特性,提出了基于采样周期的分布式优先级调度方法,并给出了CAN动态优先级(Dynamic Priority, DP)和数据标识符(Data Identifier, DI)分段设计方法,该方法不仅极大降低了节点动态调度算法计算困难等问题,而且体现了CAN标识符仲裁和数据标识的双重特性。最后,通过实验仿真验证了基于采样周期的优先级调度算法可以调高网络控制性能,也同时体现了与变采样周期调度算法相结合的优越性。