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狀態空間是控制工程中的一個名詞。狀態是指在系統中決定系統狀態的最小數目的變量的有序集合。而所謂狀態空間則是指該系統的全部可能狀態的集合。簡單來說，狀態空間可以視為一個以狀態變量為坐標軸的空間，因此系統的狀態可以表示為此空間中的一個向量。
表示法
狀態空間表示法即為一種將物理系統表示為一組輸入、輸出及狀態的數學模式，而輸入、輸出及狀態之間的關系可用許多一階微分方程來描述。為了使數學模式不受輸入、輸出及狀態的個數所影響，輸入、輸出及狀態都會以向量的形式表示，而微分方程（若是線性非時變系統，可將微分方程轉變為代數方程）則會以矩陣的形式來表示。
作用
狀態空間表示法提供一種方便簡捷的方法來針對多輸入、多輸出的系統進行分析并建立模型。一般頻域的系統處理方式需限制在常系數，啟始條件為0的系統。而狀態空間表示法對系統的系數及啟始條件沒有限制。
狀態變量
系統的狀態變量是指系統變量中，可以表示任一時間系統完整狀態的最小子集合。要表示一系統需要的狀態變量最小值n，通常也是該系統導數方程式的階數。若系統是以傳遞函數來表示，狀態變量的最小個數等于傳遞函數分母多項式的階數。在電路中狀態變量的個數常常就是電路中儲能元件（如電容器及電感器）的個數。
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