用非線性微分方程來描述的系統稱為非線性控制系統。只要系統中含有一個非線性特性元件，系統就要由非線性方程來描述。
嚴格地說，實際控制系統的元件都含有非線性特性。例如，伺服電動機有一定的起動電壓，稱為死區，同時由于它的電磁轉矩不可能無限增加，因而出現飽和;又如齒輪減速器有間隙存在等等。雖然具有非線性特性的系統可以用非線性微分方程來描述，但它的求解很困難，一般需要利用計算機進行數值計算。在實際中為了明確地反映各種因素對系統或元件的動態影響，利用線性理論對系統進行分析和設計，常常將這些非線性方程在一定的工作范圍內用線性模型系統來近似，使方程和求解得到簡化。這就是所謂的非線性模型的線性化。
線性化的方法有多種，例如，對于具有飽和特性的放大器，在小信號輸入時，輸入與輸出關系是線性的，可視為線性元件。在機械系統中，如果只研究系統的動態性能，則在有潤滑劑的情況下，往往可以忽略很小的千摩擦，只考慮與速度成比例的粘性摩擦，當作用力不超過線性范圍時，就可以得到一個線性系統模型，此外，在工程實踐中，常常把非線性特性 在工作點附近用臺勞級數展開的方法進行線性化。
線性化是研究非線性系統的常用方法，凡是可以進行線性化的系統都可以用線性控制理論進行分析，凡是不能進行線性化的非線性系統，則需用非線性理論進行研究。雖然經過線性化得到的線性方程是有條件的，近似的描述系統的動態特性，但可以順利地解決一些復雜問題，在一定范圍內能夠反映系統的一般動態 特性。

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