控制系统的设计开发通常要经过几个阶段：首先由总体设计人员确定设计方案，完成系统建模、控制回路算法设计及离线数学仿真等工作；然后由技术实施人员编写实时仿真程序并进行实时仿真测试工作，这一阶段被称为“软件在回路仿真(software-in-the-loop simulation)”；接下来，硬件开发人员将部分实物接入回路进行半实物仿真，此时控制器仍由仿真设备代替，这一阶段即“硬件在回路仿真(hardware-in-the-loop simulation)”；最后由工程实施人员完成产品级的设计。

然而，这种开发方法不能进行跨越阶段的重复设计，当检测到错误或测试的结果不满足设计要求时必须重新进行各步骤的设计和实现。由于不同阶段的工作交由不同的专业工程技术人员使用不同的工具完成，经常由于交流不畅而出现衔接问题。周期长、成本高严重阻碍了先进控制理论在控制系统的设计开发中的应用。在国际上应用较广的一体化仿真环境是美国ADI公司的AD-RTS仿真工作站， 控制器及控制对象的设计开发 — 软件在回路仿真，快速原型化及硬件在回路仿真(比如结合dSPACE硬件仿真机系统) ，  信号处理系统的设计开发 — 全系统仿真及快速原型验证(比如结合 TI－DSP)  ，通信系统设计开发 —Bit True 和Cycle True 的算法验证(比如结合RadioLab3G和Candence) ，机电液一体化设计开发 — 全系统联合仿真(比如结合Easy5和Adams) 。

控制系统在设计和实现中普遍存在着不确定性，主要表现在：  系统数学模型与实际系统间总是存在着差别，即未建模动态特性；系统本身结构和参数是未知的或时变的；作用在系统上的扰动是随机且不可量测的；系统运行中，控制对象的特性随时间或工作环境改变而变化，且变化规律难以事先知晓。

对于存在上述不确定性的对象，控制应首先能在控制系统的运行过程中，通过不断地量测系统的输入、状态、输出或性能参数，逐渐了解和掌握对象。然后根据所得的过程信息，按一定的设计方法，作出控制决策去更新控制器的结构、参数或控制作用，以便在某种意义下使控制效果达到最优或次最优，或达到某个预期目标。按此设计思想建立的控制系统便是自适应控制系统。