Transfer of an earth based adaptive optics technology to space telescopes

In the field of astronomical observations, the need for better image precision, and the changes in the hardware dimensions and quality for the space observatories, made these installations more interesting than in the past. The active optics technologies primarily used on Earth based telescopes can be now be used on space telescopes, where the atmospheric turbulence disturbance is not present anymore, and the corrections to be applied to a deformable mirror can be somewhat less complex. However, the lack of atmosphere represents also a disadvantage, because the air can act as a damper on the system. From this requirement, alternative ways to provide the system with damping must be found, especially at the low frequencies at which the typical histories of the mirror deformations take place (made of Zernike modes combinations). In this work, the damping is produced by the back-emf term in the actuators, which is highly exploited thanks to a feedback control on the current flowing in the circuit. The control architecture is based on a partially centralized hybrid feedforward term (oxymoronic), together with a decentralized suboptimal feedback, tried both with a PD or a simple proportional configuration. The control design is carried out through the application of unfalsified control theory, and in particular of the Fictitious Reference Feedback Tuning (FRIT) algorithm, which is a model-free control design method, based on batches of input-output data from the system.

Nel campo delle osservazioni astronomiche, la necessità di una migliore precisione dell’immagine, e i cambiamenti nella qualità e nelle dimensioni degli hardware degli osservatori spaziali, hanno reso queste realizzazioni più interessanti rispetto al passato. Le tecnologie di ottica adattiva utilizzate principalmente sui telescopi terrestri possono essere ora essere utilizzati su telescopi spaziali, in cui le perturbazioni date dalla turbolenza non sono più presenti, e le correzioni da applicare ad uno specchio deformabile possono essere meno complesso. Tuttavia, la mancanza di atmosfera rappresenta anche uno svantaggio, perché l’aria può agire come un ammortizzatore sul sistema. A partire da questa esigenza, modi alternativi per fornire smorzamento al sistema devono essere trovati, specialmente alle basse frequenze a cui si effettuano le storie tipiche di deformazione dello specchio (fatte di combinazioni di modi di Zernike). In questo elaborato, lo smorzamento è prodotto grazie al termine di forza contro-elettromotrice degli attuatori, che è qui altamente sfruttata grazie ad un controllo in retroazione sulla corrente che scorre all’interno del circuito. L’architettura di controllo si basa su un termine di feedforward di tipo ibrido (ossimoronico), parzialmente centralizzato, accompagnato da una retroazione subottima e decentralizzata, provata sia con un controllore PD che con una più semplice configurazione solo proporzionale. Il progetto del controllore viene effettuato attraverso l’applicazione della teoria del controllo di tipo unfalsified, e in particolare dell’algoritmo Fictitious Reference Feedback Tuning (FRIT), che è un metodo di progettazione di controllo che non necessita di un modello, ma è basato sul’utilizzo di dati di input-output dal sistema.