Układ nieliniowy – w teorii sterowania układ, który nie zachowuje własności układu liniowego.
Wstęp W rzeczywistości fizycznej wszystkie układy są nieliniowe, gdyż postulat liniowości wiąże się z niezwykle ostrymi warunkami, w szczególności z wymaganiem, aby żadna ze zmiennych układu nie podlegała jakimkolwiek ograniczeniom. Tym niemniej powszechnie w praktyce wykorzystuje się modele układów liniowych, które mają charakter abstrakcyjny, matematyczny, ale są łatwe w analizie i wykonywaniu obliczeń. Jako liniowe traktuje się więc układy nieliniowe, które mają przynajmniej pewien zakres wartości zmiennych, dla których model liniowy nie odbiega znacząco od faktycznie nieliniowego układu fizycznego.
Opis układu nieliniowego (np. równania) można dość łatwo rozpoznać, gdyż w mogą w nim występować operacje nieliniowe na zmiennych układu (na przykład iloczyny lub potęgi zmiennych), a parametry układu (czyli współczynniki równań) mogą zależeć od zmiennych.
Za najbardziej ogólną postać opisu układów dynamicznych nieliniowych można uznać równania różniczkowe (równania stanu). W przypadku układu o parametrach skupionych można określić -wymiarowy wektor stanu -wymiarowy wektor wejścia i -wymiarowy wektor wyjść podobnie jak w przypadku układu liniowego.