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为消除在传统非线性模型参数估计中由于线性化引起的模型误差，提出了一种基于动态设计变量优化的非线性模型参数估计算法．该算法以每个待估计的参数为设计变量，以与设计变量相关的误差函数为目标函数，并将参数约束条件构造在目标函数中，建立参数估计的最优化问题．针对圆形轨道倒立摆动力学模型进行参数估计，证明该算法具有很高的计算精度和较快的收敛速度，是解决非线性模型参数估计的有效方法之一．