Projet ANR blanc CHAPERSOA (2009-2014)

Commande HAute PERformance des Systèmes d'Optique Adaptative

Un résumé ici

Le banc MINOA

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Une grande première pour CHAPERSOA !

Baptème du feu réussi pour la première commande LQG d'un système d'OA sur le ciel

Après de nombreux développements théoriques et expérimentaux sur bancs de laboratoire, une commande LQG (de type variance minimale, avec tous les modes pris en compte) a été implémentée et testée pour la première fois sur un système d'OA installé sur un télescope. Cette grande première*, réussie grâce aux collaborations fructueuses entre en particulier le L2TI, l'ONERA-DOTA, le LESIA et le GEPI de l'Observatoire de Paris Meudon (OBSPM) et University of Durham (UDUR, Grande Bretagne), s'est faite sur le démonstrateur CANARY installé pour l'été 2012 au télescope William Herschel à La Palma (Iles Canaries). Deux configurations ont été testées : OA sur axe, et OA multi-objet avec étoiles-guide naturelles (juillet-août) et étoile-guide laser (septembre 2012). Un grand merci à toutes les équipes du projet CANARY  (et en particulier à Eric Gendron au LESIA), qui ont rendu possible ce résultat tant attendu !

(*) La toute première démonstration sur le ciel d'OA multi-objet a été réalisée en 2010 par l'OBSPM dans le cadre du projet CANARY, avec un reconstructeur statique de type maximum a posteriori.

Fanny et Mathieu (OBSPM) avec Tim (UDUR), CANARY s'installe... Zo (LESIA) dans ses belles œuvres
Le L2TI au boulot, sous le regard attentif d'Eric (LESIA) ! La joyeuse équipe d'observateurs fête les succès !
Sous le dôme, les miroirs ; CANARY à droite dans sa boîte beige On ouvre le dôme, il fait beau...
Dehors, les étoiles (1) Dehors, les étoiles (2)
"Le laser de Tim" (UDUR) vu de près "Le laser de Tim" (UDUR) vu de loin

Le jour se lève, c'est le moment d'aller dormir...

Résumé du projet    retour haut de page     retour accueil

Le projet CHAPERSOA traite de la conception de lois de commande à hautes performances pour les systèmes d'optique adaptative (OA) destinés à équiper les grands télescopes existants (type VLT, Very Large Telescope) ou en phase de conception. Ces systèmes d'OA de nouvelle génération sont des boucles d'asservissement fortement multivariables (vecteurs d'entrée/sortie de quelques centaines à plusieurs milliers de coordonnées), combinant des sous-systèmes dynamiques continus et discrets cadencés à des fréquences élevées (de l'ordre du kHz). Ils comportent des retards purs et des paramètres entachés d'incertitudes et susceptibles de varier au cours de cycles opératoires pouvant atteindre plusieurs heures. Ce contexte applicatif exigeant, la difficulté d'accéder à des dispositifs expérimentaux, ainsi que l'isolement relatif des opticiens/astronomes et de la communauté STIC, ont largement contribué jusqu'ici à retarder l'utilisation en OA d'outils avancés de conception de lois de commande.

Le projet CHAPERSOA associe deux laboratoires de recherche du domaine STIC (L2TI-Université Paris 13-EA 3043 et SATIE-École Normale Supérieure de Cachan-UMR 8029), une équipe d'opticiens (DOTA- ONERA) membre du Groupement d'Intérêt Scientifique Phase, et un laboratoire d'astronomie (IPAG-Université Joseph Fourier (Grenoble)-UM  5571) pour relever ce défi au travers d'une approche pluridisciplinaire. Dans le cadre de ce partenariat automaticiens-traiteurs de signaux/opticiens/astronomes, nous proposons d'explorer la problématique de la commande à hautes performances en OA à travers des études théoriques, des simulations et des expérimentations sur banc d'essai. Les recherches seront orientées vers la commande optimale pour les nouveaux concepts d'OA avec optimisation des performances dans un champ d'intérêt étendu, ce qui est en rupture avec les approches généralement utilisées. Les expérimentations seront conduites sur les bancs expérimentaux du DOTA et sur une plate-forme d'OA, mise au point par le LAOG, qui sera ouverte à la communauté STIC.

Le projet CHAPERSOA a permis de réaliser l'implémentation sur le ciel d'une commande LQG en OA classique et en OA multi-objet en participant à la deuxième phase (B) du projet CANARY, financé par un consortium européen dirigé par l'Université de Durham et l'Observatoire de Paris Meudon.

Le banc MINOA   retour haut de page    retour accueil

Le banc MINOA, prêté à l'Institut d'Optique par le SATIE (Ens-Cachan) est maintenant opérationnel. Les premiers résultats expérimentaux ont été obtenus en 2013. Ce banc permet de tester des solutions proposées par la communauté STIC.
L'accueil de MINOA au SATIE Le joli MINOA

Publications  retour haut de page    retour accueil

Thèse

G. Sivo, « Validation ciel d’une commande haute performance en optique adaptative classique et multi-objet sur le démonstrateur CANARY », Thèse de doctorat de l’Université Paris 13, 10 décembre 2013.

Revues internationales à comité de lecture

C. Kulcsár, H.-F. Raynaud, J.-M. Conan (Editeurs invités), « Adaptive optics control for ground based telescopes », numéro spécial de European Journal of Control Vol. 17(3), 2011.

A. Costille, C. Petit, J.-M. Conan, C. Kulcsár, H.-F. Raynaud, « Linear Quadratic Gaussian control applied to WFAO systems: simulation and experimental results », European Journal of Control Vol. 17(3), 2011.

C. Correia, H.-F. Raynaud, C. Kulcsár, J.-M. Conan, « Minimum-variance control for woofer-tweeter systems in adaptive optics », JOSA A, numéro spécial AO 2010

H.-F. Raynaud, C. Correia, C. Kulcsár, J.-M. Conan: « Minimum-variance control of astronomical adaptive optics systems with actuator dynamics under synchronous and asynchronous sampling », International Journal of Robust and Nonlinear Control, 21(7), pp. 768-789, mai 2011.

C. Correia, H.-F. Raynaud, C. Kulcsár, J.-M. Conan, « Minimum-variance control for astronomical adaptive optics with resonant deformable mirrors », European Journal of Control Vol. 17(3), 2011.

P. Massioni, C. Kulcsár, H.-F. Raynaud, J.-M. Conan, «Fast computation of an optimal controller for large-scale adaptive optics, » Journal of the Optical Society of America A, 28(11), pp. 2298-2309, 2011.

C. Kulcsár, H.-F. Raynaud, C. Petit, J.-M. Conan, « Minimum variance prediction and control for adaptive optics, » Automatica 48(9), pp. 1939-1954, 2012.

L. Gilles, P. Massioni, C. Kulcsár, H.-F. Raynaud, B. Ellerbroek, « Distributed Kalman filtering compared to Fourier domain preconditioned conjugate gradient for laser guide star tomography on extremely large telescopes, » Journal of the Optical Society of America A, Vol. 30(5), pp. 898-909, 2013.

F. Khemane, M. Abbas-Turki, C. Durieu, H.-F. Raynaud, J.-M. Conan, « Bounded-error state and parameter estimation of tip-tilt disturbances in adaptive optics systems, » International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, ACSP-12-0310, version en ligne publiée en novembre 2013.

G. Sivo, C. Kulcsár, J.-M. Conan, H.-F. Raynaud, É. Gendron, A. Basden, F. Vidal, T. Morris, S. Meimon, C. Petit, D. Gratadour, O. Martin, Z. Hubert, A. Sevin, F. Chemla, G. Rousset, N. Dipper, G. Talbot, E. Youger, R. Meyers, « First on-sky SCAO validation of full LQG control with vibration mitigation », Optics Express, 22(19), pp. 23565-23591, 2014.

L. Nechak, H.-F. Raynaud, C. Kulcsár, « Model order reduction of random parameter-dependent linear systems, » Automatica, 55, pp. 95-107, 2015.

P. Massioni, H.-F. Raynaud, C. Kulcsár, J.-M. Conan, « An Approximation of the Riccati
Equation in Large-Scale Systems with Application to Adaptive Optics, » IEEE Transactions on Control Systems Technology, 23(2), pp. 479-487, 2015.

Conférences invitées  retour haut de page    retour accueil

J.-M. Conan, H.-F. Raynaud, C. Kulcsár, S. Meimon, G. Sivo, « Are integral controllers adapted to the new era of ELT adaptive optics? », AO4ELT 2011, Victoria, Canada, septembre 2011.

H.-F. Raynaud, P. Massioni, C. Kulcsár, M. Tallon, « Real-time control of high-dimensional systems with electro-mechanical actuators: the case of adaptive optics », 2nd Workshop on design, control and software implementation for distributed MEMS, Besançon, avril 2012.

C. Kulcsár, P. Massioni, G. Sivo, H.-F. Raynaud, « Vibration mitigation in AO control », SPIE Conference on Astronomical Telescopes and Instrumentation, Amsterdam, Pays-Bas, juillet 2012.

Conférences internationales avec actes et comité de lecture  retour haut de page    retour accueil

C. Kulcsár, H.-F. Raynaud, C. Petit et J.-M. Conan, « Optimal AO control with NGS/LGS wave-front sensors : the multirate case », congrès SPIE Astronomical Telescopes and Instrumentation, San Diego, juin 2010.

P. Massioni, C. Kulcsár, H.-F. Raynaud, J.-M. Conan, « Fast Computation of an Optimal Controller for Large-Scale Adaptive Optics », OSA Topical Meetings: Adaptive Optics: Methods, Analysis and Applications, juillet 2011, Toronto, Canada

M. Abbas-Turki, D. Esqueda Merino, K. Kasper, C. Durieu, Low-computational cost estimation algorithm for adaptive optics systems, Proceedings of the IFAC World Congress, Milan, Italy, 2011.

J.-M. Conan, H.-F. Raynaud, C. Kulcsár, S. Meimon, G. Sivo, « Are integral controllers adapted to the new era of ELT adaptive optics?», AO4ELT 2011, Victoria, Canada, septembre 2011. 

G. Sivo, C. Kulcsár, H.-F. Raynaud, J.-M. Conan, É. Gendron, F. Vidal : « MOAO LQG control for CANARY: theory and first laboratory results,» AO4ELT, Victoria (Canada), septembre 2011

P. Massioni, C. Kulcsár, H.-F. Raynaud, J.-M. Conan : « Approximating the Riccati Equation Solution for Optimal Estimation in Large-Scale Adaptive Optics Systems », 2012 American Control Conference, Montréal, Canada, juin 2012.

C. Kulcsár, P. Massioni, G. Sivo, H.-F. Raynaud, « Vibration mitigation in AO control », SPIE Conference on Astronomical Telescopes and Instrumentation, Amsterdam, Pays-Bas, juillet 2012.

G. Sivo, H.-F. Raynaud, J.-M. Conan, C. Kulcsár, É. Gendron, F. Vidal, A. Basden, « LQG control performance with the CANARY MOAO pathfinder », SPIE Conference on Astronomical Telescopes and Instrumentation, Amsterdam, Pays-Bas, juillet 2012.

C. Kulcsár, G. Sivo, H.-F. Raynaud, B. Neichel, F. Rigaut, J. Christou, A. Guesalaga, C. Correia, J.-P. Véran, É. Gendron, F. Vidal, G. Rousset, T. Morris, S. Esposito, F. Quiros-Pacheco, G. Agapito, E. Fedrigo, L. Pettazzi, R. Clare, R. Muradore, O. Guyon, F. Martinache, S. Meimon, J.-M. Conan, «Vibrations in AO control: a short analysis of on-sky data around the world », SPIE Conference on Astronomical Telescopes and Instrumentation, Amsterdam, Pays-Bas, juillet 2012.

J. Charton, M. Westphal, P. Giuseppelli, « General purpose computer cluster for real-time adaptive optics », SPIE Conference on Astronomical Telescopes and Instrumentation, Amsterdam, Pays-Bas, juillet 2012.

L. Gilles, P. Massioni, C. Kulcsár, H.-F. Raynaud ; B. Ellerbroek, C. Boyer, « Laser guide star Fourier tomography on Extremely Large Telescopes pathfinder », 3rd AO4ELT Conference, Florence, Italie, avril 2013.

G. Sivo, C Kulcsár, J.-M. Conan, H.-F. Raynaud, É. Gendron, A. Basden, F. Vidal, T. Morris, S. Meimon, C. Petit, D. Gratadour, O. Martin, Z. Hubert, G. Rousset, N. Dipper, G. Talbot, E. Younder, R. Meyers, « First on-sky validation of full LQG control with the CANARY MOAO pathfinder », 3rd AO4ELT Conference, Florence, Italie, avril 2013.

T. Morris, É. Gendron, A. Basden, O. Martin, D. Henry, Z. Hubert, G. Sivo, D. Gratadour, F. Chemla, A. Sevin, M. Cohen, E. Younger, F. Vidal, J. Osborn, R. Wislon, T. Butterley, U. Bitenc, D. Guzman, J. de Cos Juez, A. Reeves, N. Bharmal, H.-F. Raynaud, C. Kulcsár, J.-M. Conan, J.-M. Huet, D. Perret, C. Dickson, D. Atkinson, T. Baillie, A. Longmore, S. Todd, D. Anderson, C. Bradley, O. Lardière, G. Talbot, S. Morris, R. Myers, G. Rousset, « Multiple Object Adaptive Optics : Mixed NGS/LGS tomography », 3rd AO4ELT Conference, Florence, Italie, avril 2013.

G. Sivo, C Kulcsár, J.-M. Conan, H.-F. Raynaud, É. Gendron, A. Basden, F. Vidal, T. Morris, S. Meimon, C. Petit, D. Gratadour, O. Martin, Z. Hubert, G. Rousset, N. Dipper, G. Talbot, E. Younder, R. Meyers, « Full LQG control with vibration mitigation: from theory to first on-sky validation on the CANARY MOAO demonstrator », OSA Topical Meeting on Adaptive Optics: Methods, Analysis and Applications, OTu2A, Arlington, Virginia, États-Unis, June 23-27, 2013

L. Nechak, H.-F. Raynaud, C. Kulcsár, « Model Reduction of linear systems with random parameters », 11th IFAC International Workshop on Adaptation and Learning in Control and Signal Processing (ALCOSP'2013), Caen, juillet 2013.

G. Sivo, C. Kulcsár, J.-M. Conan, H.-F. Raynaud et al., « Full LQG control with vibration mitigation: from theory to first on-sky validation on the CANARY MOAO demonstrator », OSA Topical Meeting on Adaptive Optics, Arlington, USA, juin 2013.

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