James Watt, der 1788 in Birmingham seine verbesserten Dampfmaschinen baute, stattete sie mit einer Vorrichtung aus, die man seit dem siebzehnten Jahrhundert zur Regelung von Getreidemühlen benutzte. Zwei schwere Metallkugeln hingen an gelenkig gelagerten Armen über der senkrechten Welle der Maschine; drehte sich die Maschine schneller, flogen die Kugeln nach außen und hoben eine Muffe, die das Dampfeinlassventil zunehmend schloss; wurde sie langsamer, sanken sie, und das Ventil öffnete sich wieder. Der Fliehkraftregler war die erste breit eingesetzte selbstregelnde Maschine der Industriegeschichte, und die Maschine, die einen trug, lief stundenlang mit gleichmäßiger Drehzahl, ohne dass ein Bediener aufpassen musste. Achtzig Jahre später las James Clerk Maxwell der Royal Society eine Arbeit vor, schlicht betitelt On Governors (1868); sie lieferte die erste strenge mathematische Analyse, wann Rückkopplungsschleifen stabilisieren und wann sie schwingen, und begründete die Regelungstheorie.
Eine negative Rückkopplungsschleife ist eine geschlossene Anordnung, in der eine Abweichung vom Sollwert eine zur Abweichung proportionale Korrektur auslöst, die das System zurücktreibt. Die Struktur hat vier Teile — Messung der geregelten Größe, Vergleich mit dem Sollwert, ein Fehlersignal und ein Stellglied, dessen Wirkung den Fehler verringert — und ist die strukturelle Signatur der Stabilität. Die Körpertemperatur: Ein Anstieg über 37 °C löst Gefäßerweiterung und Schwitzen aus, ein Absinken Gefäßverengung und Zittern. Der Blut-pH: Abweichungen von 7,4 werden über die Atemfrequenz im Sekundenbereich und über die renale Bicarbonatausscheidung im Stundenbereich korrigiert. Walter Cannon nannte die biologische Fassung 1926 Homöostase; Norbert Wieners Cybernetics verallgemeinerte den Rahmen 1948 auf Biologie, Gesellschaft und Rechnen und gab dem Feld seinen Namen. Ein Thermostat treibt einen Raum auf den Sollwert, der Tempomat ein Auto auf die Zielgeschwindigkeit, die Taylor-Regel die Inflation auf ihr Ziel — die Mathematik ist dieselbe. Maxwells Arbeit zeigte, dass nicht jede Rückkopplungsschleife stabilisiert. Zu viel Verstärkung schießt über und schwingt; ebenso zu viel Verzögerung zwischen Messung und Eingriff. Das Routh-Hurwitz-Kriterium (1875, 1895) lieferte einen algebraischen Stabilitätstest. Harold Blacks Erfindung des gegengekoppelten Verstärkers bei den Bell Labs im Jahr 1927 — auf ein Exemplar der The New York Times während seiner Hudson-Fährfahrt skizziert — machte hochwertige Ferntelefonie möglich, indem sie rohe Verstärkung gegen Linearität eintauschte. Harry Nyquist (1932) und Hendrik Bode (1945) lieferten die Werkzeuge im Frequenzbereich — Nyquist-Kriterium, Amplitudenreserve, Phasenreserve —, die bis heute die Standardanalyse bilden. Der PID-Regler ist die industrielle Standardumsetzung, in praktisch jedem modernen Prozessleitsystem vom Stahlwerk bis zur Raumsonde gegenwärtig.
Die negative Rückkopplung ist das ingenieurtechnische Fundament der modernen automatisierten Welt. Fly-by-wire-Systeme in Flugzeugen stabilisieren aerodynamisch instabile Zellen, die kein Mensch direkt fliegen könnte. Die Überlastregelung im Internet — TCPs additives Erhöhen, multiplikatives Verringern — ist Rückkopplungsregelung im planetaren Maßstab und stabilisiert zig Milliarden gleichzeitiger Verbindungen allein durch lokale Regeln. Raumthermostate, die Extrusion von 3D-Druckern, die Gelenke von Robotergreifern, die Frequenzregelung im Stromnetz, geschlossene Insulinpumpen, adaptive Optik an Teleskopen — alle laufen auf derselben Schleife. Der Gradientenabstieg im Training maschinellen Lernens ist selbst Rückkopplungsregelung: der Gradient als Fehlersignal, der Optimierer als Stellglied, die Verlustfunktion als Sollwert. Die Forschungsfront liegt in der adaptiven Regelung, der verteilten Regelung über Sensornetzwerke und der biomedizinischen Regelung im geschlossenen Kreis, die aus der Forschung in die klinische Routine übergeht.