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Nonlinear characterization modeling and dynamic performance accurate prediction of aerospace electromechanical actuator
Received date: 2024-01-20
Revised date: 2024-02-15
Accepted date: 2024-03-06
Online published: 2024-04-19
Supported by
National Natural Science Foundation of China(92371101);The Fundamental Research Funds for the Central Universities(YWF-23-L-911)
Aiming at the difficulties in predicting the dynamic performance of aerospace Electro-Mechanical Actuator （EMA） due to the multiple nonlinear coupling of mechanics， electricity， magnetism and controlling， a V-shape requirement model， a multi-level architecture model and an accurate prediction model for EMA in Thrust Vector Control （TVC） are built based on Model-Based System Engineering （MBSE）， Analytic Hierarchy Process （AHP） and incremental modeling respectively. The first-level model enables the position enveloping prediction by adjusting motor power and reduction ratio. The second-level model realizes position response prediction and dimension estimation with incremental RL electromagnetic framework and trigonometric kinematic functions. The third-level model constructs the coupling relations of multi-physical domain， and the fourth-level model refines the non-linearity of key parameters which enables accurate prediction of rotating speed and current dynamic response. The prediction accuracy of the multi-level model is verified by three sets of time domain tests. The design instance indicates that the multi-level models under multiple constraints obtain 3.6 times more than the individual fourth-level model with a 50.6% reduction in calculating time. The optimal power-weight ratio reaches 488.95 W/kg， and the phase frequency bandwidth reaches 9.87 Hz， which strongly supports the rapid and accurate iteration of EMA design， and provides a feasible digital transformation practice of rocket system.
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