随着第五代移动系统（5th Generation Mobile Networks,5G）的兴起,无线控制系统得到了越来越广泛的应用。相比于有线电缆连接,无线网络成本低廉,部署迅速,且可以提高控制器的空间自由度。然而移动网络的开放性也给无线控制系统带来了越来越多的安全挑战。本文从物理层安全（Physical Layer Security,PLS）的角度出发,探索了无线控制系统中控制和通信联合设计下的无线通信安全特性,并重点分析了无线控制系统中的物理层传输安全和接入安全技术。本论文具体工作如下:（1）面向物理层安全的通信和控制联合设计。在无线控制系统中,通信性能和控制性能是相互影响的。当收敛速率越小时,设备状态变化越柔和,代表更佳的控制性能,也要求更高的无线通信物理层链路服务质量（Quality of Service,Qo S）。本文以通信和控制的协同设计为出发点,分别建立了控制子系统模型和通信子系统模型,并讨论了控制约束和通信约束的关系。最后,本文推导了面向物理层安全的控制收敛速率和通信物理层传输可靠性的闭式表达式。（2）面向无线控制系统的传输安全技术研究。在无线传输过程中,窃听攻击一直是物理层安全最大的挑战之一。而安全容量代表了合法信道与非法信道的容量差值,是衡量物理层安全的重要指标。在同时传输共享信息和保密信息的情况下,如何最大化无线控制系统的共享容量和安全容量是本文研究的主要问题。针对上述问题,本文提出了基于穷举的最优化算法和基于功率分配因子求解闭式解的次优化算法,比较了两种算法的效果。同时,本文重点讨论了控制性能对上述最大化无线控制系统的共享容量和安全容量问题和求解过程的影响,得到了无线控制系统真实的安全容量区域。（3）面向无线控制系统的接入安全技术研究。无线控制系统包含着大量的传感器、控制器、执行器、以及被控设备等诸多节点。因为控制器节点是接入攻击的重点,所以本文重点研究传感器到控制器节点的接入安全技术。当控制器节点受到恶意攻击或身份伪造时,整个系统的控制安全性将受到严重威胁,从而使生产安全无法得到保障,最终导致工厂停产。而当攻击节点报告的伪造数据值符合特定的统计规律时,现有策略无法及时检测攻击。本文以伪装传感器节点,向控制器发送伪造数据为例,结合无线控制系统特有的被控设备物理状态,提出了“类电子水印”的安全检测方案。控制器通过向数据注入仅自己可知的私密激励,并在系统的运行过程中执行指定的测试方案,可以有效地检测伪装传感器节点的恶意活动。具体地,本文给出了两个检验测试量,并通过仿真充分地证明了该测试方法的完备性和有效性。