AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 중력파 간섭계 사중 진자(Quadruple Suspension) 서브-피코미터 레이저 간섭 지진격리 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.GravitationalWaveSuspension
{
    /// <summary>
    /// 사중 진자 OSEM 센서 텔레메트리 상태
    /// </summary>
    public readonly ref struct QuadPendulumTelemetryState
    {
        public readonly double TopMassDisplacementMicrons;   // 최상단 질량 변위 [um]
        public readonly double UimDisplacementMicrons;       // 상부 중간 질량 변위 [um]
        public readonly double PenultimateDisplacementNm;    // 3단 중간 질량 변위 [nm]
        public readonly double TestMassDisplacementPicoM;    // 최종 시험 거울 변위 [pm]
        public readonly double SeismicGroundMotionNm;        // 지면 지진 진동 변위 [nm]

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public QuadPendulumTelemetryState(
            double top, double uim, double pen, double test, double ground)
        {
            TopMassDisplacementMicrons = top;
            UimDisplacementMicrons = uim;
            PenultimateDisplacementNm = pen;
            TestMassDisplacementPicoM = test;
            SeismicGroundMotionNm = ground;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 진자 액추에이터 구동 명령
    /// </summary>
    public readonly ref struct PendulumActuatorCommand
    {
        public readonly double TopMassActuatorForceMilliN;   // 최상단 코일 구동력 [mN]
        public readonly double UimActuatorForceMicroN;       // 2단 코일 구동력 [uN]
        public readonly double DampingRatio;                 // 공진 감쇠비
        public readonly bool InterferometerLockAcquired;     // 간섭계 공진 잠금 안정 상태 여부

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public PendulumActuatorCommand(double fTop, double fUim, double damp, bool locked)
        {
            TopMassActuatorForceMilliN = fTop;
            UimActuatorForceMicroN = fUim;
            DampingRatio = damp;
            InterferometerLockAcquired = locked;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 10,000Hz 주기 중력파 사중 진자 서브-피코미터 지진격리 서보 엔진
    /// </summary>
    public ref struct QuadPendulumSeismicIsolationServoEngine
    {
        private double _prevTopDisplacement;
        private double _accumulatedTopForce;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public PendulumActuatorCommand UpdateServo(
            in QuadPendulumTelemetryState state, double dtSeconds)
        {
            // 1. 최상단 질량 속도 추정
            double topVelocity = (dtSeconds > 1e-9) 
                ? (state.TopMassDisplacementMicrons - _prevTopDisplacement) / dtSeconds 
                : 0.0;
            _prevTopDisplacement = state.TopMassDisplacementMicrons;

            // 2. 모달 속도 피드백 감쇠 (Cold Damping)
            double dampingForceMilliN = -45.0 * topVelocity - 8.5 * state.TopMassDisplacementMicrons;
            dampingForceMilliN = Math.Clamp(dampingForceMilliN, -500.0, 500.0);

            // 3. 2단 UIM 질량 미세 제어 (서브-피코미터 정렬용)
            double uimForceMicroN = -12.0 * (state.PenultimateDisplacementNm * 0.001);
            uimForceMicroN = Math.Clamp(uimForceMicroN, -80.0, 80.0);

            // 최종 테스트 거울 변위가 10pm 이내일 때 간섭계 잠금 가능
            bool lockAcquired = Math.Abs(state.TestMassDisplacementPicoM) < 10.0;
            double effectiveDamping = lockAcquired ? 0.707 : 0.12;

            return new PendulumActuatorCommand(
                dampingForceMilliN,
                uimForceMicroN,
                effectiveDamping,
                lockAcquired
            );
        }
    }
}