¿Cómo se usa el análisis complejo en ingeniería eléctrica?

La mayoría de los ejemplos que he escuchado antes, que generalmente se mencionan como la “aplicación de análisis complejos a la ingeniería”, generalmente han sido:

i) solo usa [math] e ^ {jx} [/ math] para simplificar la noción de sin (x) y cos (x)

o

ii) Aplicaciones para derivar valores de integrales reales

Me he estado preguntando si hay una verdadera razón para estudiar la teoría del análisis complejo, principalmente las fórmulas clásicas como la integración de Cauchy o los hermosos teoremas como el teorema de la identidad, como ingeniero.

Te mostraré un ejemplo que conecta muy elegantemente análisis complejos a la ingeniería eléctrica.

  • Transformación de Hilbert

La transformación de Hilbert de una función [matemática] u (t) [/ matemática] podría pensarse como la convolución de [matemática] u (t) [/ matemática] con [matemática] 1 / \ pi t. [/ Matemática]

[matemáticas] \ hat {u}: = H (u (t)) = \ frac {1} {\ pi} pv \ int \ frac {u (\ tau)} {t- \ tau} d \ tau [/ matemáticas]

En el contexto del procesamiento de señales, la señal analítica se define de la siguiente manera:

[matemáticas] u_a (t) = u (t) + i \ hat {u (t)} [/ matemáticas]

Tiene aplicaciones masivas. (Ver la transformación de Hilbert – Wikipedia, Señal analítica – Wikipedia) La parte interesante de esta transformación es que podría derivarse de la teoría de las funciones analíticas. Consideremos una función analítica [matemática] F (z). [/ Matemática]

Esto significa que

[matemática] \ frac {\ parcial F (z)} {\ parcial z} = 0 [/ matemática] [matemática] z \ in \ mathbb {c} [/ matemática]

Está satisfecho. Cuando conocemos la parte real de [matemáticas] F [/ matemáticas] en el eje real, ¿podríamos determinar [matemáticas] F [/ matemáticas]?

[matemática] \ Re {F (t)} = u (t) [/ matemática] [matemática] t \ in \ mathbb {R} [/ matemática]

Usando la fórmula integral de Cauchy, sabemos que [matemáticas] F [/ matemáticas] podría determinarse hasta una constante:

[matemáticas] F (z) = \ frac {1} {2 \ pi i} \ int \ frac {u (\ tau)} {\ tau-z} d \ tau. [/ matemáticas]

¡Esto es exactamente lo que hace la transformación de Hilbert! En [1], utilizan este hecho para extender la señal analítica a dimensiones superiores, con aplicaciones para el procesamiento de imágenes.

Otro ejemplo podría ser el uso de potenciales complejos. Usando los potenciales complejos, los multipolares magnéticos podrían describirse como polos con órdenes más altas en el plano complejo, y dando como resultado la derivación de algunos algoritmos de estimación interesantes. Puede ver Imai [2] para aplicaciones interesantes de análisis complejo, la teoría de las funciones holomórficas en particular, a problemas de física e ingeniería.

[1] Swanhild Bernstein, Jean-Luc Bouchot, Martin Reinhardt y Bettina Heise, “Señales analíticas generalizadas en el procesamiento de imágenes: comparación, teoría y sus aplicaciones”

[2] Imai Isao, “Funciones holomórficas y sus aplicaciones (japonés)”

Casi todo en EE implica un análisis complejo en algún nivel:

  • Análisis de circuito básico utilizando transformadores de Laplace y fasores
  • El concepto de impedancia compleja en general.
  • Mapas conformes como el Gráfico Smith
  • Modulación digital y análisis de su rendimiento.
  • etcétera etcétera.

Las transformadas de Fourier son una parte fundamental del procesamiento de señales en la ingeniería eléctrica y para comprender y emplear adecuadamente las transformadas de Fourier, uno debe tener experiencia en análisis complejos. Además, algunos de los cálculos en el análisis de circuitos implican números complejos y los cambios de fase pueden tratarse en el plano complejo.

Una mejor pregunta probablemente sería, ¿dónde no se utiliza el análisis complejo en ingeniería eléctrica? Se usa en casi cualquier disciplina en la que pueda entrar. La única excepción real que conozco sería el diseño digital y la ingeniería de software, aunque estos probablemente estarían más cerca de la disciplina de “ingeniero informático”, que es su propio departamento único en la mayoría de las universidades.

El análisis complejo se utiliza en cualquier tipo de diseño de circuito, incluidos los sistemas de potencia y la electrónica, y también es completamente fundamental para el procesamiento de señales y las comunicaciones, como se menciona en la otra respuesta.

More Interesting

¿La ingeniería de diseño es un buen trabajo para el ingeniero mecánico? ¿Tiene un buen futuro en el futuro, digamos 10-15 años? ¿Cómo es la progresión profesional?

¿Un CGPA 8.5 es bueno para el ingeniero químico de BITS Pilani?

¿Crees que lo que estudiaste en ingeniería está relacionado con el trabajo que estás haciendo?

¿Cuál es el efecto de la altura del centro de balanceo inferior / superior en la dirección de apagado / aceleración durante la entrada, la salida media y la esquina?

¿Cuáles son algunos libros útiles en geología del petróleo para aplicaciones de ingeniería?

¿India tiene más colegios de ingeniería de los necesarios?

¿Qué transmisiones de MBA son más adecuadas para un ingeniero de producción?

¿Es cierto que las chicas son tratadas como reina en ingeniería mecánica?

¿Qué lenguaje de programación debe aprender un estudiante de ingeniería informática en India en su tercer año para asegurar un trabajo?

¿Cuáles son las mejores universidades para la ingeniería en Bangalore?

¿Puedo estar en una universidad de ingeniería y prepararme para la medicina simultáneamente?

¿Uno de vuelta en algún tema afectó a toda la carrera de ingeniería?

¿Cuál es su opinión sobre la Universidad de Ingeniería y Tecnología de Bangladesh?

¿Qué tipos de equipos hay en la sala de máquinas de un barco?

¿Qué es mejor, comenzar a estudiar para ser ingeniero informático técnico o tratar de ser gerente / director a través de un programa de capacitación?