인공태양 KSTAR 토카막(Tokamak) 초전도 자석 D자형 플라즈마 평형 및 1,000Hz 0-Alloc C# 그라드-샤프라노프 MHD 제어 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Education.StemFusion.KstarPlasma
{
    public readonly record struct TokamakSensoryData(
        float PlasmaCurrentMegaAmps, // 플라즈마 전류 (약 1.0 MA)
        float VerticalPositionMm,    // 수직 위치 편차 (mm)
        float VerticalVelocityMmPerSec,
        float PoloidalBeta,          // 플라즈마 베타값
        float InternalInductanceLi
    );

    public ref struct MagneticCoilControlOutput
    {
        public float UpperCoilVoltageVolts;
        public float LowerCoilVoltageVolts;
        public float RestoringMagneticFieldTesla;
        public bool VerticalStabilityMaintained;
    }

    public static class KstarMhdControlCore
    {
        private const float MaxCoilVoltageVolts = 1200.0f; // 인버터 한계 전압
        private const float GainKp = 42.0f;
        private const float GainKd = 1.85f;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public static void StabilizeVerticalDisplacement(
            ref readonly TokamakSensoryData sensor,
            ref MagneticCoilControlOutput output)
        {
            // 1. 수직 변위 발산 억제 요구 보정 전압 산출
            float vDemand = (sensor.VerticalPositionMm * GainKp) + (sensor.VerticalVelocityMmPerSec * GainKd);

            // 2. 상하 능동 코일 차등 전압 인가 (+/- 반대 극성)
            float vClamped = Math.Clamp(vDemand, -MaxCoilVoltageVolts, MaxCoilVoltageVolts);
            output.UpperCoilVoltageVolts = -vClamped;
            output.LowerCoilVoltageVolts = vClamped;

            // 3. 복원 수평 자기장 B_R 세기 환산
            output.RestoringMagneticFieldTesla = vClamped * 0.000045f;

            // 4. 플라즈마 수직 안정화 유지 판정 (2mm 이내 억제)
            output.VerticalStabilityMaintained = Math.Abs(sensor.VerticalPositionMm) <= 2.0f;
        }
    }
}