AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 서브켈빈 ADR 열 스위치 마이크로켈빈 PID 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.SubKelvinAdr
{
    /// <summary>
    /// ADR 서브켈빈 스테이지 텔레메트리 상태
    /// </summary>
    public readonly ref struct AdrTelemetryState
    {
        public readonly double SaltPillTempMilliKelvin;    // 상자성염 필 현재 온도 [mK]
        public readonly double MagnetCurrentAmps;          // 초전도 자석 전류 [A]
        public readonly double HeatSinkTempKelvin;         // 4K 히트싱크 온도 [K]
        public readonly double HeatSwitchPressureTorr;     // 가스갭 열스위치 헬륨 분압 [Torr]

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public AdrTelemetryState(double tPill, double iMag, double tSink, double pGas)
        {
            SaltPillTempMilliKelvin = tPill;
            MagnetCurrentAmps = iMag;
            HeatSinkTempKelvin = tSink;
            HeatSwitchPressureTorr = pGas;
        }
    }

    /// <summary>
    /// ADR 자석 전원 및 열스위치 서보 지령
    /// </summary>
    public readonly ref struct AdrServoCommand
    {
        public readonly double CommandedCurrentAmps;       // 초전도 자석 전류 지령 [A]
        public readonly double HeatSwitchGetterPowerMilliW;// 열스위치 게터 가열 전력 [mW]
        public readonly bool MicroKelvinStabilityLocked;   // uK 안정화 잠금 상태

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public AdrServoCommand(double iCmd, double pGetter, bool locked)
        {
            CommandedCurrentAmps = iCmd;
            HeatSwitchGetterPowerMilliW = pGetter;
            MicroKelvinStabilityLocked = locked;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 10,000Hz 0-Alloc ADR 마이크로켈빈 항온 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class SubKelvinAdrServoEngine
    {
        private const double SetpointMilliKelvin = 50.0;   // 목표 설정 온도 50.000 mK
        private const double CurrentSlewLimit = 0.05;      // 최대 전류 변화율 0.05 A/s
        private double _intTempErr;
        private double _prevTemp;
        private double _currentCommandedAmps;

        public SubKelvinAdrServoEngine()
        {
            _intTempErr = 0.0;
            _prevTemp = SetpointMilliKelvin;
            _currentCommandedAmps = 1.25; // 1.25 A 기준점
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public AdrServoCommand UpdateServoLoop(in AdrTelemetryState telemetry, double dtSeconds)
        {
            // 1. 온도 오차 및 미분율 산출 (Microkelvin 정밀도)
            double tempErr = telemetry.SaltPillTempMilliKelvin - SetpointMilliKelvin;
            double tempRate = (telemetry.SaltPillTempMilliKelvin - _prevTemp) / dtSeconds;
            _prevTemp = telemetry.SaltPillTempMilliKelvin;

            // 2. 적분 오차 누적 (Anti-Windup)
            _intTempErr = Math.Clamp(_intTempErr + (tempErr * dtSeconds), -2.0, 2.0);

            // 3. 단열 탈자 역제어 전류 지령 (온도 상승 시 전류 감소 -> 냉각 효과)
            double deltaCurrent = -(tempErr * 0.08) - (_intTempErr * 0.02) - (tempRate * 0.001);
            deltaCurrent = Math.Clamp(deltaCurrent, -CurrentSlewLimit * dtSeconds, CurrentSlewLimit * dtSeconds);

            _currentCommandedAmps = Math.Clamp(_currentCommandedAmps + deltaCurrent, 0.01, 8.0);

            // 4. 열 스위치 게터 전력 제어 (초저온 유지 시 열 격리 OFF = 0 mW)
            double getterPower = (telemetry.SaltPillTempMilliKelvin > 200.0) ? 25.0 : 0.0;

            bool locked = (Math.Abs(tempErr) < 0.015); // +/- 15 uK 이내 안정화
            return new AdrServoCommand(_currentCommandedAmps, getterPower, locked);
        }
    }
}