自动控制的基本理论是自动控制原理，其可以分为经典控制理论和现代控制理论。经典理论所支持的是对象单一变量的线性不变系统，其本质是数学工具为基础的拉普拉斯变换用数学中函数传递的方法在频率域中进行系统的分析。
其控制的基本原理是负反饮闭环系统，利用自动调节其的反馈来控制整个系统的核心环节，因此经典控制利用也是一种自动调节模式。而现代控制则是为了适应多变量和非线性、实时化系统而形成的，控制对象更加复杂。利用的数学工具有线性代数、矩阵理论、集合理论等。
现代自控主体是状态空间法在时间域内的系统分析，状态方程被用来描述系统的运行过程。利用对状态的分析来确定下一步系统将如何动作。现代自控理论的研究重点是最优化控制、随机性控制、自适应控制、鲁棒控制等。而此两种控制模式都被称之为传统的自控理论。
其共同的特征就是控制对象为精确性较高的数学模型，即控制对象和干扰因素都可以利用精确而严格的数学方程和函数所表示，控制的目标和任务通常都明确而直接。而今天复杂的机械和高精度的技术要求让传统的控制方式和机理已经不能满足生产需求。
因此，上个世纪末期至今，智能化控制成为了自动控制的发展方向，并成为了一种新兴的学科。其突出的功能是系统具备一定的学习功能、自适应功能、自我组织协调能力。系统主要采用的数学工具已经变为符号推理、数值计算、神经元网络、模糊理论等。虽然其没形成一个固定的理论模式，但是其发展的方向已经得到了诸多领域的认可。
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