Regulátor je součástí systému, který monitoruje určité vstupní proměnné a upravuje další výstupní proměnné tak, aby bylo dosaženo požadovaného provozu. Dům může mít například topný systém vybavený regulátorem známým jako termostat. Termostat snímá, když je teplota (vstup) v domě příliš studená, a zapne topení (řízený výstup). Po chvíli termostat snímá, když je teplota příliš horká, a vypne topení.
V tomto případě je regulátorem termostat, který řídí činnost topení. Topení je procesor, který ohřívá vzduch uvnitř domu na požadovanou teplotu (nastavovací bod). Odezvou je odečet teploty vzduchu uvnitř domu. A konečně, dům je prostředí, ve kterém funguje topný systém.
Pojem regulátorů může být rozšířen i na složitější systémy. V přirozeném světě se také zdá, že jednotlivé organismy jsou vybaveny regulátory, které zajišťují homeostázu nutnou pro přežití každého jedince. Lidsky vytvořené i přírodní systémy vykazují kolektivní chování mezi jednotlivci, ve kterém kontroloři hledají nějakou formu rovnováhy.
V teorii ovládání existují dva základní typy ovládání. Jedná se o zpětnou vazbu a zpětnou vazbu. Vstup do regulátoru zpětné vazby je stejný jako to, co se snaží ovládat – řízená proměnná je do regulátoru „přiváděna zpět“. Příkladem regulátoru zpětné vazby je termostat domu. Tento regulátor se spoléhá na měření řízené proměnné, v tomto případě teploty domu, a následné nastavení výstupu, ať už je topení zapnuté, nebo ne. Ovládání zpětné vazby však obvykle vede k mezidobím, kdy řízená proměnná není v požadovaném nastaveném bodě. V případě příkladu s termostatem by se při otevření dveří domu v chladném dni dům ochladil. Poté, co by klesl pod požadovanou teplotu (nastavený bod), by se topení zapnulo, ale nastalo by období, kdy by byl dům chladnější, než by bylo žádoucí.
Ovládání zpětného chodu může zamezit pomalosti zpětnovazebního ovládání. S ovládáním zpětného chodu jsou poruchy měřeny a započítávány dříve, než mají čas ovlivnit systém. V příkladu domu může systém zpětného chodu měřit skutečnost, že jsou dveře otevřeny, a automaticky zapnout topení dříve, než může být v domě příliš velká zima. Potíž s ovládáním zpětného chodu je v tom, že vliv poruch na systém musí být dokonale předvídán a nesmí docházet k žádným překvapivým poruchám. Například pokud by se otevřelo okno, které se neměřilo, mohl by termostat řízený zpětným chodem nechat dům vychladnout.
Pro dosažení výhod zpětnovazebního ovládání (ovládání neznámých poruch a nemuset přesně vědět, jak bude systém reagovat na poruchy) a výhod zpětnovazebního ovládání (reakce na poruchy dříve, než mohou ovlivnit systém) existují kombinace zpětnovazebního a zpětnovazebního ovládání, které lze použít.
Některé příklady, kdy lze zpětnou vazbu a ovládání feedforward použít společně, jsou kompenzace mrtvého času a kompenzace inverzní odezvy. Kompenzace mrtvého času se používá k ovládání zařízení, kterým trvá dlouho, než se projeví jakákoli změna změny ve vstupu, například změna ve složení průtoku dlouhým potrubím. Řízení kompenzace mrtvého času používá prvek (také nazývaný Smithův prediktor), který předpovídá, jak změny provedené nyní regulátorem ovlivní řízenou proměnnou v budoucnosti. Řízená proměnná se také měří a používá při ovládání zpětné vazby. Kompenzace inverzní odezvy zahrnuje ovládání systémů, kdy změna nejprve ovlivní měřenou proměnnou jedním způsobem, ale později ji ovlivní opačným způsobem. Příkladem může být pojídání sladkostí. Zpočátku vám poskytne spoustu energie, ale později budete velmi unavení. Jak si lze představit, je obtížné ovládat tento systém pouze pomocí zpětné vazby, proto je nutný prediktivní feedforward prvek, který předpoví zpětný účinek, který bude mít změna v budoucnu.
Většina řídicích systémů v minulosti byla realizována pomocí mechanických systémů nebo pevné elektroniky. Pneumatika byla často využívána k přenosu informací a řízení pomocí tlaku. Nicméně většina moderních řídicích systémů v průmyslovém prostředí dnes spoléhá na počítače pro řízení. Je zřejmé, že je mnohem jednodušší implementovat složité řídicí algoritmy na počítači než pomocí mechanického systému.
Pro regulátory zpětné vazby existuje několik jednoduchých typů. Nejjednodušší je třeba termostat, který pouze zapne topení, pokud teplota klesne pod určitou hodnotu a vypne ji nad určitou hodnotu (zapnutí-vypnutí).
Dalším jednoduchým typem regulátoru je proporcionální regulátor. U tohoto typu regulátoru je výstup regulátoru (řídicí akce) úměrný chybě v měřené veličině.
Chyba je definována jako rozdíl mezi aktuální hodnotou (naměřenou) a požadovanou hodnotou (setpoint). Pokud je chyba velká, pak je kontrolní akce velká. Matematicky:
Ve výše uvedené rovnici představuje chybu, představuje zisk kontroléru a představuje kontrolní činnost v ustáleném stavu, která je nezbytná pro udržení proměnné v ustáleném stavu, když nedochází k žádné chybě.
Zisk bude kladný, pokud zvýšení vstupní veličiny vyžaduje zvýšení výstupní veličiny (přímočaře působící řízení), a bude záporný, pokud zvýšení vstupní veličiny vyžaduje snížení výstupní veličiny (obráceně působící řízení). Typickým příkladem přímočaře působícího systému je řízení průtoku chladicí vody – pokud se teplota zvyšuje, musí se průtok zvýšit, aby se udržela požadovaná teplota. Naopak typickým příkladem obráceně působícího systému je řízení průtoku páry pro vytápění – pokud se teplota zvyšuje, musí se průtok snížit, aby se udržela požadovaná teplota.
I když je proporcionální ovládání jednoduché na pochopení, má své nevýhody. Největším problémem je, že u většiny systémů nikdy úplně neodstraní chybu. Je to proto, že když je chyba 0, řídící jednotka zajišťuje pouze řízení v ustáleném stavu, takže se systém vrátí do původního ustáleného stavu (což pravděpodobně není nový nastavený bod, na kterém chceme, aby systém byl). Aby systém fungoval v blízkosti nového ustáleného stavu, musí být zisk řídící jednotky Kc velmi velký, aby řídící jednotka produkovala požadovaný výstup, když je přítomna jen velmi malá chyba. Velké zisky mohou vést k nestabilitě systému nebo mohou vyžadovat fyzické nemožnosti jako nekonečně velké ventily.
Náhradníky k proporcionálnímu ovládání jsou proporcionálně-integrální (PI) ovládání a proporcionálně-integrální-derivační (PID) ovládání. PID ovládání se běžně používá k implementaci uzavřené smyčky ovládání.
Ovládání v otevřené smyčce může být použito v systémech dostatečně dobře charakterizovaných, aby bylo možné předvídat, jaké výstupy nutně dosáhnou požadovaných stavů. Například rychlost otáčení elektromotoru může být dostatečně charakterizována pro dodávané napětí, aby zpětná vazba nebyla nutná.