2-D（two-dimensional）系统的滤波和控制问题一直是控制理论研究领域的热点之一。2-D系统的相关理论起源于多维线性滤波的研究,具有深刻的实际应用背景。2-D系统与1-D（one-dimensional）系统最显著的不同在于2-D系统是沿两个互不相同的方向（通常称为水平方向与垂直方向）进行演化,目前已广泛应用于图像处理、热传导过程、地震数据分析与处理等领域。近年来,随着通信和计算机技术的不断发展,网络化2-D系统受到了越来越多的学者的广泛关注。在网络化2-D系统中,系统各个部件接入共享网络并通过网络进行数据传输。在数据传输过程中,共享网络通常都配置了相应的通信协议以避免数据拥塞现象的发生。其中通信协议可分为静态调度协议（如轮询（Round-Robin）协议亦称周期调度协议）、随机通信协议（亦称随机接入协议,如ALOHA协议、载波侦听多址访问（Carrier Sense Multiple Access）协议）和动态调度协议（如Try-Once-Discard协议）等。目前,基于通信协议的相关控制理论研究主要围绕1-D系统展开,对于2-D系统相应的分析与综合问题尚未完全开展,一些关键性问题仍有待进一步研究。本文旨在探讨网络化2-D系统在通信协议影响下的相关滤波和控制问题,如Round-Robin（R-R）协议下的H∞状态估计问题、冗余信道协议下的耗散滤波问题、随机通信协议下的H∞滤波问题、随机接入协议下的输出反馈控制问题等。所研究的网络诱导现象主要包括:随机发生的不确定性、信号量化、随机发生的非线性、传感器时滞、信道噪声以及非脆弱滤波器增益等。为解决上述问题,本文综合利用了随机分析方法、矩阵不等式、2-D类Lyapunov泛函参数设计法等。在第一章引言中,详细介绍了2-D系统的产生和应用背景、2-D系统中通信协议的工作原理,基于通信协议的网络化2-D系统的近期成果以及目前研究中的不足和亟需解决的问题。根据研究内容的不同,本文核心内容分为以下五个部分:第二章研究了2-D离散系统在对数量化和R-R协议下的H∞状态估计问题。所考虑的系统含有范数有界的不确定系统参数,它们由两个服从贝努利分布的随机变量来调配;同时,作者建立了R-R协议下2-D系统的信号传输模型,通信访问权限按一定顺序平均分配给各个传感器。本章的目的是设计一个适当的状态估计器,使得估计误差系统满足预先定义的性能指标。通过深入的随机分析,首先给出了确保2-D增广误差系统鲁棒稳定的充分判据;进一步,将结果推广得到增广误差系统具有鲁棒H∞性能;然后通过求解相关矩阵不等式,给出了状态估计器增益的显式表达式。最后,通过一个算例验证了该设计方法的有效性。第三章探讨了冗余信道协议下2-D离散系统的非脆弱耗散滤波问题。所谓冗余信道传输,是指如果信号无法通过某个信道传输,则立即激活下一个信道以再次传输该信号,从而提高信息的传输可靠性。本章的目的是设计一个非脆弱的耗散滤波器,使得增广滤波误差系统在均方意义下渐近稳定,且具有严格的2-D（Q,S,R）-α耗散性能指标。基于Lyapunov稳定理论和随机分析方法,首先分析了2-D误差系统的均方稳定性,然后设计了非脆弱滤波器来确保2-D增广滤波误差系统满足严格的2-D（Q,S,R）-α耗散性能约束,进一步通过求解某些矩阵不等式给出了非脆弱滤波器增益的表达式。第四章针对具有随机发生的非线性和随机通信协议的时滞Roesser模型,考虑其鲁棒H∞滤波问题。这里引入的非线性是扇区有界的,且它的发生与否由服从贝努利分布的随机变量序列所支配;同时,引入独立同分布的随机序列来表示随机通信协议下的信号传输模型。首先,通过Lyapunov理论和随机分析给出了若干条件,以确保滤波误差系统是鲁棒稳定性的;然后,扩展结果使得在随机通信协议下增广误差系统满足既定H∞性能约束,所得充分判据以矩阵不等式形式给出,且与传输概率有关,基于此巧妙设计了滤波器的增益。数据仿真算例进一步说明了所得设计方法的合理性。第五章研究了随机访问协议下时滞2-D网络的H∞控制问题,其中控制输入信号经由通信受限的网络传输到执行器,所考虑的系统具有随机发生的不确定性和时滞现象。本章的目的是设计一个基于观测器的控制器,使得所考虑的2-D系统具有预设的H∞性能指标。通过矩阵不等式技巧和随机分析方法,建立了确保闭环系统满足H∞性能约束的充分条件;此外,精心设计了基于观测器的动态反馈控制器的增益。数值算例阐明了该方法的适用性。第六章探讨了周期调度协议和冗余信道下2-D系统基于观测器的输出反馈控制问题。其中,控制器到执行器中的网络执行周期性调度协议,传感器到控制器中的网络使用冗余信道协议;在控制器到执行器的网络传输中,在每个瞬间只有一个控制器拥有访问网络通信的权限;周期调度协议按时间顺序将通信访问权限平均分配给每个传感器。这里的研究目的是设计一个基于观测器的输出反馈控制器,使2-D网络控制系统具有预设的H∞性能指标。通过Lyapunov理论和随机分析,给出了若干充分条件来保证闭环系统具有既定的性能;并通过求解矩阵不等式所转化的凸优化问题,精确设计了控制器的增益。在本文的最后,我们总结了全文的相关工作,并指出了作者今后拟继续开展的几个研究问题与研究方向。