自动控制系统的分类方法有多种。例如，可将控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统，或者分为简单控制系统和复杂控制系统等等。在分析自动控制系统的特性时，通常按所输入的参比信号的不同，将控制系统分为三类：
1.定位控制系统
定值控制系统的参比倍号是恒定不变的，因此称为“定值”。控制系统的输出(即被控变量)应稳定在与参比倍号相对应的工艺指标上，或在规定工艺指标的上下一定范围内变化。在生产过程中，大多数场合要求被控变量保持恒定，或在一定的范围内变化。因此，定值控制系统在生产过程控制中最常见。
2.随动控制系统
随动控制系统的参比信号是一个不可预定的随机信号。系统的输出也要跟随参比信号的变化而变化，即系统的输出要准确而及时地跟踪参比信号的变化，因此这类系统又称为自动跟踪系统。在生产过程控制领域，多见于复杂的自动控制系统中。
3.程序控制系统
程序控制系统的参比信号足一个已知的时间困数。因此，系统的输出按一定的时间程序变化。在轻工业生产中，程序控制系统应用较多。许多温度控制系统都属于程序控制系统(如食品工业中的罐头杀菌温度控制、造纸工业中制桨燕煮温度控制等等)，它们要求的温度指标不是一个恒定的数值，而是一个按工艺规程规定好的时间函数，具有一定的升温时间、保温时间、降温时间等。
随着自动控制技术的不断进步和完善以及智能化仪表和计算机控制的应用，自动控制系统的形式将愈来愈多，有些控制系统可以是不同类型系统的组合。