압전-마찰전기 하이브리드 나노발전기(PTENG) & 1,000Hz 0-Alloc C# 전술 웨어러블 전력 관리 서보 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.EnergyHarvesting
{
    /// <summary>
    /// PTENG 하이브리드 전력 관리 텔레메트리 구조체 (16-byte 스택 전용)
    /// </summary>
    public readonly ref struct PtengState
    {
        public readonly float InstantaneousPowerMilliWatt; // 순시 수확 전력 (mW)
        public readonly float StoredCapacitorVolt;         // 축전기 전압 (V)
        public readonly float PeakDetectionConfidence;     // 충격 피크 신뢰도 (0.0~1.0)
        public readonly bool SshiGateTriggered;            // SSHI 인덕터 스위치 트리거

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public PtengState(float power, float capVolt, float conf, bool triggered)
        {
            InstantaneousPowerMilliWatt = power;
            StoredCapacitorVolt = capVolt;
            PeakDetectionConfidence = conf;
            SshiGateTriggered = triggered;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz Zero-Allocation 압전-마찰전기(PTENG) 동기식 스위칭 서보 엔진
    /// </summary>
    public ref struct PtengPowerServoEngine
    {
        private float _lastVoltageV;           // 직전 센싱 전압
        private float _lastDerivative;         // 직전 전압 미분치
        private float _capacitorChargeVolt;    // 축전 커패시터 전압
        private bool _armedForPeak;            // 피크 검출 준비 상태

        private const float MinTriggerVolt = 12.0f; // 스위칭 최소 유효 전압

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public PtengPowerServoEngine(float initialCapVolt)
        {
            _lastVoltageV = 0.0f;
            _lastDerivative = 0.0f;
            _capacitorChargeVolt = initialCapVolt;
            _armedForPeak = false;
        }

        /// <summary>
        /// 1ms 주기(1,000Hz) PTENG 전압 파형 샘플링 및 극값 도달 시 SSHI 스위칭 트리거 (0-Alloc)
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public PtengState Update1Khz(float ptengVoltageV, float loadCurrentMa, float dtSeconds)
        {
            // 1) 순시 발전 전력 계산 (mW)
            float instantPowerMw = ptengVoltageV * loadCurrentMa;

            // 2) 전압 1차 미분치 산출 (dV/dt)
            float currentDerivative = (ptengVoltageV - _lastVoltageV) / dtSeconds;

            // 3) 전압이 상승하다가 하강으로 전환되는 영교차(Zero-crossing) 지점 = 파형 극값(Peak)
            bool peakDetected = false;
            if (ptengVoltageV > MinTriggerVolt)
            {
                if (_lastDerivative > 0.0f && currentDerivative <= 0.0f && _armedForPeak)
                {
                    peakDetected = true;
                    _armedForPeak = false; // 중복 트리거 방지
                    // SSHI 인덕터 에너지 전송으로 축전기 전압 상승
                    _capacitorChargeVolt += 0.045f;
                }
                else if (currentDerivative > 5.0f)
                {
                    _armedForPeak = true; // 가파른 상승 시 피크 감시 활성화
                }
            }
            else
            {
                _armedForPeak = false;
            }

            _lastVoltageV = ptengVoltageV;
            _lastDerivative = currentDerivative;

            float confidence = Math.Clamp(ptengVoltageV / 100.0f, 0.0f, 1.0f);

            return new PtengState(instantPowerMw, _capacitorChargeVolt, confidence, peakDetected);
        }
    }
}