Mauch, Steffen
[Author]
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Reger, Johann
[Degree supervisor];
Horn, Martin
[Degree supervisor];
Beckert, Erik
[Degree supervisor]Technische Universität Ilmenau
Robust real-time control of an adaptive optics system
University thesis:
Dissertation, Technische Universität Ilmenau, 2016
Footnote:
Description:
Die wissenschaftliche Arbeit trägt maßgeblich zum Verständnis der gängigen Limitierungen bei robusten echtzeitfähigen Regelungssystemen für Adaptiv Optische (AO) Systeme bei. Ein wesentlicher Teil der Arbeit befasst sich mit einer neuartigen Methode der Auswertung eines Shack-Hartmann Wellenfrontsensors (SHWFS). Die Methode basiert auf der Anwendung eines Field Programmable Gate Arrays (FPGA) zur Auswertung des SHWFS. Die zu Grunde liegende Methode ist ein Resultat der Graphentheorie zur Erkennung zusammenhängender Bildbereiche. Der Einsatz eines FPGA ermöglicht hierbei, dass die resultierende Verzögerung durch die Auswertung des SHWFS auf ein Minimum reduziert wird. Hinzu kommt, dass die neuartige Auswertungsmethode den dynamischen Bereich des Wellenfrontsensors gegenüber dem üblichen Verfahren erweitert, da für die Methode keine feste Zuordnung der Spots zu dem Linsenarray notwendig ist. Zusätzlich zu dem neuartigen Verfahren für die Auswertung wurde ein Rapid Control Prototyping (RCP) System entworfen, welches auf einem echtzeitfähigen Linux Kernel basiert. Die Echtzeitfähigkeit wird durch die Verwendung des Real-Time Application Interface for Linux (RTAI) erreicht. Der Entwurf des RCP Systems umfasst die Entwicklung spezieller Hardware wie beispielsweise eine analoge Ausgangskarte und der PCIe FPGA Framegrabber. Aus einem Simulink Modell wird automatisch C/C++ Quellcode generiert. Dieser generierte Code nutzt die vorhandenen parallelen Erweiterungen des Prozessors zur Beschleunigung der vorkommenden Berechnungen. Basierend auf diesem System wurde ein robustes Regelungsverfahren angewendet, welches auf der H_infty Entwurfsmethodik basiert. Das Entwurfverfahren des Reglers (non-smooth mu Synthese) berücksichtigt die vorhandene Unsicherheit der identifizierten Modelle bereits während der Synthese. Das Verfahren ermöglicht die H_infty Norm des geschlossenen Regelkreises zu minimieren, wobei die Regler-Struktur vorgegeben werden kann. Basierend auf verschiedenen Simulationen und experimentellen Versuchen wurde die Gültigkeit der identifizierten Modelle des AO Systems nachgewiesen. Zudem wird gezeigt, dass das entworfene RCP System deutlich leistungsfähiger als vergleichbare Systeme ist und somit eine deutlich verbesserte Performance aufweist.