H∞ controller design for the mitigation of atmospheric effects on the laser beam pointing

Abstract

In this paper, the control of a fast steering mirror, which is the core element of an adaptive optics system, is investigated to suppress the beam jitter. The main source of the jitter is taken as the atmospheric turbulence. The effect of the atmospheric turbulence on the beam jitter is experimentally determined with respect to the two different refractive index structure parameters. The mathematical model of the fast steering mirror based on the atmoshperic turbulence data is obtained using the system identification. In order to overcome implementation problems, the low order proportional-integral-derivative (PID) type controllers, which minimize the [Formula: see text] norm of the closed loop system, are designed in the centralized and the decentralized settings. In addition to this, the fixed order weighted [Formula: see text] controller is based on the frequency characteristics of the atmospheric turbulence that is determined experimentally. Then, in order to show the effectiveness of the proposed low order PID type controller, the designed controllers are compared on the experimental setup. Finally, the simulation and the experimental results are presented. Comparison of advantageous and disadvantageous of centralized and decentralized controller architectures are discussed.

Genişletilmiş veri kümesi ile uyarlamalı optik sistemlerin modelinin kestirimi

“…Bilal Erol 1,2 * , Berk Altıner 3 , Akın Delibaşı 4 1 Yıldız Teknik Üniversitesi, Uygulamalı Bilimler Fakültesi, Havacılık Elektrik ve Elektroniği Bölümü, 34220, İstanbul, Türkiye 2 Yıldız Teknik Üniversitesi, Elektrik Elektronik Fakültesi, Kontrol ve Otomasyon Mühendisliği Bölümü, 34220, İstanbul, Türkiye 3 Minnesota Üniversitesi, Twin Cities, Makine Mühendisliği Bölümü, Minneapolis, MN 55455, ABD 4 Deforme edilebilen aynalar, uyarlamalı optik sistemlerin ana bileşeni olup, optik fenomenlerden kaynaklı dalga cephesi bozulmalarını düzeltmede kullanılan etkili cihazlardır. Birçok uygulamada kullanılan uyarlamalı optik sistemlerin, performans analizleri ve model tabanlı kontrolü için sistem davranışını yüksek sadakatle yansıtan modelleme yaklaşımlarına ihtiyaç duyulmaktadır.…”

“…Dalga cephesi bozulmalarının tipleri, uyarlamalı optik sistemlerin kullanım sahasına göre değişiklik göstermektedirler. Lazer ışını odaklama gibi uygulamalarda atmosferik türbülans ve platform titreşimi kaynaklı bozulmalar nispeten daha düşük dereceden Zernike modlarıyla ifade edilirken [4], hassas biyolojik görüntüleme [5], oftalmoloji gibi uygulamalar [6] ve bilhassa da astronomi uygulamalarında dalga cephesi bozulmaları için yüksek dereceli Zernike polinomlarına başvurulmaktadır [8].…”