Strategien zur Störgrößenkompensation mittels adaptiver Optik für das ELT-Instrument METIS

Das Extremely Large Telescope (ELT) wird u.a. mit dem Instrument Mid-infrared ELT Imager and Spectrograph (METIS) ausgestattet. In Kooperation mit METIS realisiert das ELT ein sogenanntes single conjugate adaptive optics(SCAO)-System, um die eintreffenden Wellenfrontstörungen bestmöglich zu kompensieren und dadurch scharfe astronomische Beobachtungen zu ermöglichen. Dieses SCAO-System ist ein Regelkreis zur Störgrößenunterdrückung, wobei die Wellenfrontmessung mithilfe des METIS-Pyramiden-Wellenfrontsensors und die Wellenfrontkorrektur mit dem deformierbaren Spiegel M4 sowie dem Kippspiegel M5 des ELT erfolgt.Im Rahmen dieser Dissertation wird eine modale sowie modulare Regelung inklusive Störgrößenaufschaltung für das METIS-SCAO-System entwickelt. Um den Regelungsentwurf und die Simulation des SCAO-Systems vorzubereiten, erfolgt zuerst eine eingehende Modellierung dieses Systems. Für M4 wird ein reduziertes modales Modell und für M5 ein Starrkörper-Modell aufgestellt. Zusätzlich werden mehrere Sensormodelle für den Pyramiden-Wellenfrontsensor entwickelt und eine simulative Repräsentation des gesamten SCAO-Systems erstellt. Aufbauend auf diesen Ergebnissen, erfolgt im Anschluss der Regelungsentwurf für das SCAO-System. Hierbei werden insbesondere der grundlegende modale SCAO-Regler sowie die folgenden modularen Reglererweiterungen entwickelt: räumlich-zeitlicher Fehler-Governor (spatio-temporal error governor, STEG), model reference adaptive control(MRAC)-basierte Erweiterung sowie modellbasierte Störgrößenaufschaltungen für Vibrationen und Erdatmosphäre. Zusätzlich werden alle Komponenten der SCAO-Regelung in Simulationen charakterisiert und erfolgreich getestet.