AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 초전도 SQUID 자속 변압기 피코테슬라 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.CryoSquidMagnetometry
{
    /// <summary>
    /// SQUID FLL 텔레메트리 상태
    /// </summary>
    public readonly ref struct SquidTelemetryState
    {
        public readonly double DemodulatedErrorVolts;      // FLL 복조 오차 전압 [V]
        public readonly double FeedbackCurrentMicroAmps;   // 온칩 피드백 코일 전류 [uA]
        public readonly double AmbientBxPicoTesla;         // X축 주변 잔여 자계 [pT]
        public readonly double AmbientByPicoTesla;         // Y축 주변 잔여 자계 [pT]
        public readonly double AmbientBzPicoTesla;         // Z축 주변 잔여 자계 [pT]

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SquidTelemetryState(double vErr, double iFb, double bx, double by, double bz)
        {
            DemodulatedErrorVolts = vErr;
            FeedbackCurrentMicroAmps = iFb;
            AmbientBxPicoTesla = bx;
            AmbientByPicoTesla = by;
            AmbientBzPicoTesla = bz;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 헬름홀츠 코일 및 FLL 서보 지령
    /// </summary>
    public readonly ref struct SquidServoCommand
    {
        public readonly double FllFeedbackCurrentUA;       // 온칩 자속 잠금 피드백 전류 [uA]
        public readonly double HelmholtzIxMilliAmps;       // 헬름홀츠 X축 보상 전류 [mA]
        public readonly double HelmholtzIyMilliAmps;       // 헬름홀츠 Y축 보상 전류 [mA]
        public readonly double HelmholtzIzMilliAmps;       // 헬름홀츠 Z축 보상 전류 [mA]
        public readonly bool FluxLockMaintained;           // 자속 잠금(Lock) 유지 여부

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SquidServoCommand(double iFb, double ix, double iy, double iz, bool locked)
        {
            FllFeedbackCurrentUA = iFb;
            HelmholtzIxMilliAmps = ix;
            HelmholtzIyMilliAmps = iy;
            HelmholtzIzMilliAmps = iz;
            FluxLockMaintained = locked;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 10,000Hz 0-Alloc 극저온 SQUID 자력계 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class CryoSquidServoEngine
    {
        private const double FllGain = 125.0;              // FLL 적분 게인 [uA / (V*s)]
        private const double CoilGain = 0.085;             // 헬름홀츠 보상 계수 [mA / pT]
        private double _currentIFbUA;
        private double _helmXmA;
        private double _helmYmA;
        private double _helmZmA;

        public CryoSquidServoEngine()
        {
            _currentIFbUA = 0.0;
            _helmXmA = 0.0;
            _helmYmA = 0.0;
            _helmZmA = 0.0;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public SquidServoCommand UpdateServoLoop(in SquidTelemetryState telemetry, double dtSeconds)
        {
            // 1. FLL 고속 자속 잠금 적분 서보
            double deltaIFb = telemetry.DemodulatedErrorVolts * FllGain * dtSeconds;
            _currentIFbUA = Math.Clamp(_currentIFbUA + deltaIFb, -500.0, 500.0);

            // 2. 슬립/점프 감지 (자속 양자 Jump 방지)
            bool isLocked = Math.Abs(telemetry.DemodulatedErrorVolts) < 0.25;

            // 3. 외부 3축 헬름홀츠 코일 광역 자장 소거 (피코테슬라 제어)
            _helmXmA = Math.Clamp(_helmXmA + (telemetry.AmbientBxPicoTesla * CoilGain * dtSeconds), -2500.0, 2500.0);
            _helmYmA = Math.Clamp(_helmYmA + (telemetry.AmbientByPicoTesla * CoilGain * dtSeconds), -2500.0, 2500.0);
            _helmZmA = Math.Clamp(_helmZmA + (telemetry.AmbientBzPicoTesla * CoilGain * dtSeconds), -2500.0, 2500.0);

            return new SquidServoCommand(_currentIFbUA, _helmXmA, _helmYmA, _helmZmA, isLocked);
        }
    }
}