本发明公开了一种非线性系统冲激响应的峰值上限估算方法，包括：建立描述系统状态轨迹的李雅普诺夫多项式水平集；对李雅普诺夫函数进行再投射并对状态位置进行评估；利用二分搜索和凸优化方法得到有效估算值；采用平衡点转移法应用于非线性系统平衡状态值非零时的情形，本发明假定对非线性系统冲激响应的峰值上限估算值为c∈(0，∞)，建立常数c为非线性系统冲激响应峰值上限的条件，将该条件最终落实为将系统李雅普诺夫多项式进行线性转换后得到的几个线性矩阵不等式的凸优化问题，并且系统冲激响应峰值上限估算值的保守程度可通过系统李雅普诺夫多项式次数的增加而降低。