Można je podzielić na takie, które: starają się traktować układ jako układ liniowy w ograniczonym zakresie pracy i wykorzystują dobrze znane metody projektowania układów liniowych dla każdego z zakresów; należy do nich harmonogramowanie wzmocnienia, starają się wprowadzić dodatkowe nieliniowe sprzężenie zwrotne w taki sposób, by można układ potraktować jako liniowy w celu zaprojektowania sterowania; należy do nich tzw. linearyzacja sprzężenia zwrotnego, oparte są na teorii Lapunowa: przeprojektowanie Lapunowa, tłumienie nieliniowe, metoda cofania (ang. backstepping) – zob. też algorytm całkowania wstecznego, sterowanie ślizgowe.
Rys historyczny
Paradygmat klasycznej teorii sterowania bardzo pasował do problemów projektowania układów regulacji w czasie II wojny światowej (i bezpośrednio po jej zakończeniu). Podejście oparte na metodach dziedziny częstotliwości było odpowiednie przy projektowaniu stacjonarnych układów liniowych, szczególnie wówczas, gdy zajmowano się układami o pojedynczym wejściu i wyjściu. Ponadto metody graficzne były niedogodne głównie przy zastosowaniu do układów o wielu wejściach i wyjściach.