AIDT 온디바이스 STEM 방사광 X선 극저온 초전도 공진기 액시온 헤일로스코프 SQUID 서보 제어기

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.Stem.AxionHaloscopeCavity
{
    /// <summary>
    /// 액시온 헤일로스코프 공동 텔레메트리 상태
    /// </summary>
    public readonly ref struct AxionHaloscopeTelemetryState
    {
        public readonly double CavityResonanceGigaHz;     // 공동 현재 공진 주파수 [GHz]
        public readonly double TargetAxionScanGigaHz;     // 현재 탐색 스캔 주파수 [GHz]
        public readonly double ReflectedPowerRatioDb;     // 반사 계수 S11 [dB]
        public readonly double StrongMagneticFieldTesla;  // 메인 솔레노이드 자계 [T]

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public AxionHaloscopeTelemetryState(double fCav, double fScan, double s11, double bField)
        {
            CavityResonanceGigaHz = fCav;
            TargetAxionScanGigaHz = fScan;
            ReflectedPowerRatioDb = s11;
            StrongMagneticFieldTesla = bField;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 사파이어 튜닝봉 피에조 서보 지령
    /// </summary>
    public readonly ref struct CavityTuningCommand
    {
        public readonly double PiezoTuningVolts;          // 사파이어 튜닝봉 피에조 전압 [V]
        public readonly double FrequencyDetuningKHz;      // 공진 이탈 오차 [kHz]
        public readonly bool CriticalCouplingLocked;      // 임계 결합 주파수 록킹 여부

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public CavityTuningCommand(double vPzt, double dFreqKHz, bool locked)
        {
            PiezoTuningVolts = vPzt;
            FrequencyDetuningKHz = dFreqKHz;
            CriticalCouplingLocked = locked;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 10,000Hz 0-Alloc 액시온 헤일로스코프 공동 튜닝 서보 엔진
    /// </summary>
    public sealed class CryoAxionHaloscopeServoEngine
    {
        private const double TuningSensitivityKHzPerVolt = 18.5; // 18.5 kHz / V
        private double _currentPiezoVolts;
        private double _intFreqErr;

        public CryoAxionHaloscopeServoEngine()
        {
            _currentPiezoVolts = 50.0; // 50V 중간 바이어스
            _intFreqErr = 0.0;
        }

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public CavityTuningCommand UpdateServoLoop(in AxionHaloscopeTelemetryState telemetry, double dtSeconds)
        {
            // 1. 공진 주파수 디튜닝 오차 계산 (kHz 단위)
            double dfKHz = (telemetry.CavityResonanceGigaHz - telemetry.TargetAxionScanGigaHz) * 1e6;

            // 2. 적분 누적 및 안티-와인드업
            _intFreqErr = Math.Clamp(_intFreqErr + (dfKHz * dtSeconds), -200.0, 200.0);

            // 3. 피에조 액추에이터 전압 보정량 계산
            double dV = -(dfKHz / TuningSensitivityKHzPerVolt) - (_intFreqErr * 0.05);
            _currentPiezoVolts = Math.Clamp(_currentPiezoVolts + (dV * dtSeconds * 30.0), 0.0, 120.0);

            // 4. 임계 결합(S11 < -25dB) 및 주파수 정합(오차 5kHz 미만) 판정
            bool locked = (Math.Abs(dfKHz) < 5.0) && (telemetry.ReflectedPowerRatioDb < -22.0);
            return new CavityTuningCommand(_currentPiezoVolts, dfKHz, locked);
        }
    }
}