Do analizy i syntezy teoretycznej układy sterowania automatycznego przedstawia się w postaci schematów blokowych, podających połączenia i zależność wielkości wyjściowej i wejściowej dla każdego bloku (obiektu i członu lub ich zespołów).

W obu przypadkach urządzenie wiodące przeznaczone jest do nastawienia (wytwarzania wartości żądanej — wiodącej w lub jej przebiegu) wielkości sterowanej y. Realizacja następuje przez odpowiednie nastawienie wielkości wejściowej. Realizacja y wielkości sterowanej (przy określonej wielkości wiodącej w) zależy od dokładności wycechowania układu. Zmiany zewnętrzne (zakłócenia) nie są brane pod uwagę.

Korekcja możliwa jest w układzie z kompensacją. W tym przypadku zakłócenie z jest mierzone i razem z wielkością wiodącą w (ich wpływ jest łączony w sumatorze — po przetworzeniu mierzonego zakłócenia na taką samą wielkość fizyczną jak w) wpływa na nastawienie.

Przykładami sterowania w układzie otwartym odpowiadającym jest np. skręt kół samochodu przy obrocie kierownicy, zmiana świateł ruchu ulicznego, sterowanie prędkością maszyny elektrycznej przez zmianę napięcia potencjometrem według ustalonego programu.

Sterowanie temperaturą w budynkach odbywa się zwykle z pomiarem zakłócenia z, którym są zmiany temperatury zewnętrznej. Temperatura wewnątrz budynku (czyli wielkość sterowania) nie jest kontrolowana (mierzona). Jednak pomiar temperatury zewnętrznej umożliwia szybsze działanie przy jej zmianach, niż pomiar zmiany temperatury wewnątrz budynku następującej ze znacznym opóźnieniem w stosunku do temperatury zewnętrznej.

W większości jednak przypadków zapewnienie odpowiednio dokładnego sterowania wymaga pomiaru wielkości sterowanej i wpływanie na nastawioną wielkość wejściową do obiektu w zależności od różnicy (uchybu) wielkości realizowanej (sterowanej) od wielkości żądanej (wiodącej w) dokonuje się w układach zamkniętych, czyli ze sprzężeniem zwrotnym. Sprzężeniem zwrotnym nazywa się wpływ wielkości wyjściowej (sterowanej) na nastawioną wielkość wejściową, a także realizującą to część układu sterowania automatycznego.

Przykładami układów stabilizujących są układy regulacji prędkości obrotowej maszyn.

Przykładami regulacji programowej są układy stosowane w obrabiarkach sterowanych programowo (np. numerycznie). Przykładem regulacji w układzie nadąż-nym jest sterowanie ruchem rakiety dążącej do celu ruchomego.

We wszystkich omawianych układach występowały cztery podstawowe wielkości fizyczne: wiodąca w, zakłócająca z, nastawiana x i sterowana y. Związki między nimi są w szczególności przedmiotem teorii sterowania automatycznego.