Eine höhere Ebene der Regelung stellt eine automatische Steuerung dar. Dann wird ein System so gesteuert, dass eine oder mehr physikalische Größen nach den vorgeschriebenen Anforderungen reguliert werden. Ein Beispiel eines solchen Systems ist ein Gaskessel - das gesteuerte System führt die Vorerwärmung des Materials wegen Oberflächenbehandlung (z. B. Anlassen) durch. Das Material im Ofen muss auf die eingegebene Temperatur erwärmt werden und für eine gewisse Zeit muss diese Temperatur von den Regelungskreisen (Steuer- und Regelkreisen) aufrechterhalten werden. Die Temperatur muss gemessen werden und ihr Wert von einem Regelventil (Aktor) der Versorgung des Brenngases gesteuert werden. Dieses System wird nach einem oder mehreren gemessenen Parametern gesteuert. Es kann sich um verschiedene physikalische Größen handeln: Temperatur, Druck, Geschwindigkeit, Leistung, Spannung usw. Die Messeinheit wandelt die Messwerte in ein entsprechendes Signal und übergibt es dem Steuersystem. Weil es sich um eine Übertragung der Informationen zurück vom System handelt, wird es als Rückkopplung bezeichnet. Ein Bestandteil der Eingänge bilden auch Sollwerte (engl. setpoint) für den Regler. Für die Steuerung der Rückkopplung wird der Unterschied zwischen diesen Werten und den gemessenen Signalen, d. h. Regelabweichung, festgestellt. Das Signal der Regelabweichung kommt zum Steuerblock, dessen Größe den entsprechenden Steuereingang für den Antrieb (Stellgröße - Befehl) erzeugt. Seine Größe beeinflusst das gesteuerte System und seine Parameter.
Die Steuerung ist ein Prozess, der die Rückkopplungen zum Erreichen des erforderlichen Ziels verwendet (rückgekoppelte Steuerung). Das Ziel der Steuerung ist das Erzielen und Aufrechterhalten des Sollwertes (Ausgangs) der gesteuerten Größe (z. B. Raumtemperatur, Behälterpegel) oder ihres erforderlichen Zeitverlaufs (z. B. Verlaufs der Temperatur nach Wochenplan oder Raumtemperatur nach verschiedenen Spezifikationen). Der Sollwert des gesteuerten (regulierten) Größe muss nicht nur bei Änderungen, sondern auch bei der Wirkung der Störgrößen sichergestellt werden, die das gesteuerte System beeinflussen. Diese Störungen haben üblicherweise eine unvorhersehbare Charakteristik, z. B. Verlust oder Erhöhung der Wärme in einem geheizten Raum, die von einer Änderung der Außentemperatur, die durch Fenster, Luftzug, Wand- oder Raumdämmung, Anwesenheit von Personen oder die Versorgung der elektrischen Einrichtungen verursacht werden.
Auf dem Bild „Schema der Regelung der Steuerung“ im Kapitel 6.1 ist ein Prinzipschaltplan eines Regelkreises gezeigt. Der Eingang des ganzen Systems ist der Sollwert (w) und der Ausgang ist der Istwert (y). Ihr Unterschied ist die Abweichung e = w – y, die einen Eingang des Reglers darstellt. Das Steuergerät verarbeitet die Abweichungen und sendet Regelgrößen, die mittels Antrieben auf das geregelte System wirken. Zur Annäherung an den Sollwert w versucht das Steuergerät, die Abweichung des Istwertes y zu minimieren.
PID ist der meistverwendete Reglertyp. Eine gemeinsame Eigenschaft üblicher P-, PI- und PID-Regler ist die Linearität. Bei einem proportionalen Regler (P-Regler) ist die Regelgröße direkt proportional zur Abweichung.
Die Regelgröße eines proportional-integrierenden Reglers (PI-Reglers) ist die Summe von zwei Komponenten - der proportionalen Komponente, bei der die Regelgröße wie bei einem P-Regler direkt proportional zur Regelabweichung ist, und der integrierenden Komponente, die direkt proportional zum akkumulierten Wert der Regelabweichung, d. h. zu ihrem Integral, ist. Der integrierende Teil kann einen Nullpunkt-Regelabweichung in einigen Fällen erzielen, wenn dies mit einem rein proportionalen Regler nicht möglich ist.
Der Ausgang (die Regelgröße) eines proportional-integrierend-differenzierten Reglers (PID-Reglers) hat eine weitere differenzierte Komponente. Sie kann künftige Entwicklungen „vorhersagen“ und bietet eine schnellere Reaktion auf Änderungen des Systems an. Der Nachteil besteht in der Empfindlichkeit gegen das Hochfrequenzrauschen, das bei jeder Messung auftritt und das eine zufällige Reaktion des Systems verursachen kann.
Bis vor kurzem wurden PID-Regler durch analoge Kreise realisiert, üblicherweise als Operationsverstärker. Heutzutage werden sie vor allem in Software implementiert. Diese Software läuft auf einem Mikroprozessor, Signalprozessor oder PLC in industriellen Anwendungen oder sogar auf einem üblichen Computer.
Nachfolgend wird ein Aktionseingriff berechnet:
uk = p·ek + i·Σek + d·Δek.
Das Integral der Regelabweichung wird durch Summe der Regelabweichungen in diskreten Zeiten in jedem Schritt ersetzt (Σek = Σek-1 + ek). Die Ableitung wird durch eine Rückdifferenz, d. h. Unterschied zwischen dem aktuellen und dem vorigen Wert der Regelabweichung Δek = ek – ek-1 ersetzt.