AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 초전도 진행파 키네틱 인덕턴스 자력계(TKIM) 나노테슬라 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.CryoTkimMagnetometry
{
    /// <summary>
    /// TKIM 진행파 자력계 위상 텔레메트리 상태
    /// </summary>
    public readonly ref struct TkimTelemetryState
    {
        public readonly double MicrowavePhaseDelayDeg;    // 마이크로파 위상 지연 [deg]
        public readonly double CryoStageTempKelvin;       // 센서 스테이지 온도 [K]
        public readonly double TransmittedPowerDbm;       // 마이크로파 투과 파워 [dBm]
        public readonly double EstimatedExternalBFieldNt; // 현재 외부 추정 자장 [nT]

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public TkimTelemetryState(double phaseDeg, double tempK, double pDbm, double bNt)
        {
            MicrowavePhaseDelayDeg = phaseDeg;
            CryoStageTempKelvin = tempK;
            TransmittedPowerDbm = pDbm;
            EstimatedExternalBFieldNt = bNt;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 온칩 보상 자속 코일 서보 지령
    /// </summary>
    public readonly ref struct TkimServoCommand
    {
        public readonly double CompensationCurrentMilliAmps; // 온칩 자속 보상 전류 [mA]
        public readonly double MeasuredResidualFieldNt;      // 잔여 미소 자계 [nT]
        public readonly bool FieldTrackingLocked;            // 나노테슬라 자장 잠금 여부

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public TkimServoCommand(double iComp, double resNt, bool locked)
        {
            CompensationCurrentMilliAmps = iComp;
            MeasuredResidualFieldNt = resNt;
            FieldTrackingLocked = locked;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 10,000Hz 0-Alloc 초전도 TKIM 자력계 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class CryoTkimServoEngine
    {
        private const double TargetPhaseDeg = 45.0;        // 기준 위상점 45.0도
        private const double PhaseSensitivityDegPerNt = 0.042; // 0.042 deg / nT 감도
        private const double CoilSensitivityNtPerMa = 125.0;   // 125 nT / mA 온칩 코일
        private double _currentCompensationMa;
        private double _intPhaseErr;

        public CryoTkimServoEngine()
        {
            _currentCompensationMa = 0.0;
            _intPhaseErr = 0.0;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public TkimServoCommand UpdateServoLoop(in TkimTelemetryState telemetry, double dtSeconds)
        {
            // 1. 위상 편차 계산
            double phaseErr = telemetry.MicrowavePhaseDelayDeg - TargetPhaseDeg;
            _intPhaseErr = Math.Clamp(_intPhaseErr + (phaseErr * dtSeconds), -10.0, 10.0);

            // 2. 극저온단 온도 변화(4.2K 기준) 열적 키네틱 인덕턴스 드리프트 피드포워드
            double dTemp = telemetry.CryoStageTempKelvin - 4.2;
            double thermalPhaseDrift = dTemp * 3.5; // 3.5 deg / K

            // 3. 자속 상쇄(Zero-Flux) 보상 전류 지령 산출
            double correctedPhaseErr = phaseErr - thermalPhaseDrift;
            double deltaCurrent = (correctedPhaseErr * 0.15) + (_intPhaseErr * 0.05);

            _currentCompensationMa = Math.Clamp(_currentCompensationMa - (deltaCurrent * dtSeconds * 40.0), -15.0, 15.0);

            // 4. 잔여 미소 자계 산출 [nT]
            double residualFieldNt = correctedPhaseErr / PhaseSensitivityDegPerNt;

            bool isLocked = Math.Abs(residualFieldNt) < 1.5; // 1.5 nT 이내 안정화
            return new TkimServoCommand(_currentCompensationMa, residualFieldNt, isLocked);
        }
    }
}