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量化控制系统是指系统的部分或全部信息（参考输入、对象状态和输出、控制输入等）需要量化，系统利用这些信息的量化值而不是实际值来完成控制任务。信息的量化值与信息的实际值之间的差值称为量化误差。由于量化误差的存在，在量化控制系统的分析与综合中，必须考虑量化误差对系统稳定性及其他性能的影响。在实际应用中，量化控制系统广泛存在，例如，工业中广泛使用的包含模数/数模转换器的控制系统即量化控制系统，控制回路中使用数字信号实现控制任务的数字控制系统也属于量化控制系统。本书所研究的量化控制系统是网络控制系统背景下的量化控制系统，具体地说，系统的控制回路中包含网络，而网络带宽有限，系统信息要通过网络传输必须经过编码/解码过程，这种控制回路中包含带宽有限网络的控制系统是本书所研究的量化控制系统。
这种量化控制系统是伴随着网络控制系统的出现而产生的。20世纪90年代，随着微处理器、网络技术以及嵌入式系统的迅猛发展，控制系统逐步和网络相融合，控制系统中的执行器和传感器成为具有网络通信功能的智能节点。系统中各个组成元件，如传感器、控制器、执行器节点等，通过一个实时串行通信网络相连接，如图1-1所示。这种通过实时串行通信网络构成的闭环反馈控制系统被称为网络控制系统（Networked Control Systems，NCS）。NCS具有系统成本低、连接线数少、系统灵活性强、易于扩展和信息资源能共享等优点。然而，由于各反馈控制回路中很多节点都要发送信息，信息的传送要分时占用网络通信线路，而网络是分时复用的，并且受网络通信带宽和服务能力的限制，数据只有等到网络空闲或设备的优先级相对较高时才能发送出去，尽管信道总容量很大，每个节点分得的码率却很小，导致信息的量化过程中冲撞、重传等现象发生，使得信息在传输过程中存在量化误差、时滞、丢包等问题，降低系统的性能。量化误差是信息在网络中传输时，经过编码/解码处理而产生的量化值与实际值之间的差值，量化误差对系统稳定性及系统性能均有影响 [1-12] 。网络时滞是由连接在共享介质上的设备间数据交换所引发的，可导致控制系统的性能下降甚至系统不稳定 [13-14] 。由于通信网络是一个不可靠的数据传输通道，数据包可能在传输过程中丢失，并且受到网络带宽和数据包大小的限制，一个较大的数据包可能会被分成若干相对较小的数据包分别进行传输，从而导致数据丢包和多包传输等问题 [14-15] 。很多学者在这些方面做了研究，例如，针对编码/解码产生的量化问题，研究不同的量化方法，以及信道码率与系统稳定性的关系等；针对网络时滞问题，将时滞问题转化为控制理论中已成熟的时滞控制问题来研究；针对丢包、错包等问题，采用适当的建模方法，转化为 H 2 问题、 H ∞ 问题、切换控制问题等来研究。
图1-1 网络控制系统
但是目前，在网络控制研究的大量文献中，研究方法很多是将网络控制问题转化到控制理论问题，利用已有的方法来解决。这种研究方法的确对一些现有的网络控制问题行之有效，但忽视了控制与通信之间的联系。网络控制是控制与通信相结合的领域，只有揭示控制与通信之间的本质联系，才能加深对网络控制学科的深入理解。对于控制学科，系统的稳定性是最基本的概念，也是最重要的研究问题；而对于通信学科，信道码率、信道容量、熵等是最基本的概念，研究保证可靠通信的条件是通信学科最重要的问题。因此，为深入理解网络控制，一个需要研究的基本问题是揭示信道码率、信道容量、熵等与系统稳定性及系统性能的关系。由于控制回路中包含码率有限的信道，因而必须对传输的信息进行编码/解码，这样网络控制系统就转化为量化控制系统。本书将对这种量化控制系统展开研究，具体地说，将在量化控制系统的编码方案设计与稳定性分析方面展开研究。