具体描述
本书针对各专业（包括自动化专业）工程技术人员学习基础理论的需要，把《自动控制原理》和《信号与系统》融会贯通，从统一的角度重新编写而成，但在章节上两者仍有明显的界限。本书除了包括通常《自动控制原理》和《信号与系统》的内容以外，还包括二维信号与系统、MATLAB在控制工程与信号处理中的应用。
本书主要内容包括连续信号的频域分析，连续系统的时域分析，控制系统的时域分析与校正（含根轨迹法），连续系统的频域分析（含模拟滤波器），控制系统的频域分析与校正，离散信号的频域分析（含DFT），离散系统分析（含数字滤波器），状态空间分析与综合，非线性系统与李雅普诺夫稳定性，二维信号与系统，MATLAB在控制工程与信号处理中的应用。各章后附有习题。
本书内容丰富，叙述准确精炼，基础性、适用性和通用性强，读者主要是大专院校自动化专业和其他专业的本科生、研究生、教师及工程技术人员和计算机开发人员。
现代材料科学基础与前沿应用 第一章：材料科学的宏观视野与微观基石 本章旨在为读者构建一个全面而深入的材料科学知识框架。我们将从宏观尺度下的材料分类、性能表征方法入手，探讨晶体结构、原子排列以及电子结构如何决定材料的基本物理和化学性质。重点解析晶格缺陷（点缺陷、线缺陷、面缺陷）对材料力学性能、导电性及光学特性的关键影响。通过对不同类型材料——金属、陶瓷、聚合物及复合材料的系统性介绍，阐明其结构-性能之间的内在联系。 1.1 材料的分类与基本属性 材料是人类社会发展的基础，其分类标准多样，包括化学成分、微观结构和宏观性能。我们将详细介绍传统分类法，并引入基于功能导向的新型分类体系。重点讨论密度、熔点、热膨胀系数、硬度、强度和韧性等基础力学性能的量化定义与测量标准。 1.2 晶体结构与衍射技术 晶体结构是理解材料行为的核心。本节将深入探讨密堆积结构（FCC, BCC, HCP）的几何特性，并介绍非晶态和准晶体的结构特点。着重阐述X射线衍射（XRD）的基本原理及其在确定晶相、晶粒尺寸和应力分析中的应用。拉伸分析（SAXS/WAXS）在纳米尺度结构解析中的作用也将被提及。 1.3 电子结构与能带理论 材料的电学、磁学和光学性质根植于其电子结构。我们将从量子力学的基本原理出发，推导能带理论，解释导体、半导体和绝缘体的能带结构差异。深入探讨费米能级、有效质量和载流子迁移率的概念，为后续功能材料的分析奠定理论基础。 第二章：金属材料的结构演化与热处理工艺 金属及其合金因其优异的强度和韧性，在工程领域占据核心地位。本章聚焦于金属的相变、晶粒间的相互作用以及热处理工艺对微观结构和宏观性能的精确调控。 2.1 相图的解读与凝固过程 相图是描述多组分系统在不同温度、压力和成分下的稳定相的“地图”。我们将详细解析二元合金相图（如Fe-C系、Cu-Ni系），掌握相律的应用。随后，讨论金属的凝固过程，包括形核、晶体生长、枝晶形成及其对铸件质量的影响。 2.2 晶界工程与变形机制 晶界是材料中能量较高的区域，对材料的蠕变、腐蚀和强度有显著影响。本节将分析晶界扩散、晶界迁移的物理机制。在塑性变形方面，深入剖析位错的运动、交滑移、加工硬化（冷加工）的微观本质，以及回复和再结晶过程对残余应力的消除作用。 2.3 经典热处理技术及其微观影响 热处理是优化金属性能的关键手段。重点讲解退火（完全退火、球化退火）、正火、淬火和回火的工艺流程、冷却速率控制及其对组织（如珠光体、贝氏体、马氏体）的形成和转变的影响。特别是针对高碳钢的淬火开裂预防和回火脆性的控制策略。 第三章：陶瓷与高分子材料的功能化 陶瓷和高分子材料因其耐高温、耐腐蚀、绝缘和轻量化的特性，在航空航天、生物医学和电子信息领域不可或缺。本章着重于这些材料的制备、结构特性与特定功能实现。 3.1 结构陶瓷的制备与断裂韧性 结构陶瓷（如氧化铝、碳化硅）的性能受制于其高脆性。本节介绍粉末冶金、烧结过程的致密化机制（如液相烧结与固相烧结）。核心在于探讨增韧技术，如晶粒细化、第二相沉淀强化和纤维增强技术，以提高其断裂韧性（KIC）。 3.2 玻璃态材料的结构与弛豫 玻璃是一种特殊的无序固体。本章探讨玻璃转变温度（Tg）的物理意义，以及冷却速率对形成玻璃态结构的影响。重点分析粘滞流变学和扩散过程在玻璃加工中的重要性。 3.3 高分子材料的结构层次与动力学 高分子材料的结构具有明显的层次性：原子链、缠结、微晶区/无定形区。我们将详细阐述聚合反应的类型、分子量分布对性能的影响。深入探讨高分子材料的粘弹性行为，包括蠕变和应力松弛，以及硫化/交联对网络结构的强化作用。 第四章：先进复合材料的设计与界面科学 复合材料通过结合两种或多种不同材料的优点，实现单一材料难以达到的综合性能。本章侧重于界面工程和性能的各向异性设计。 4.1 复合材料的类型与增强机制 分类介绍粒子增强、纤维增强（连续/不连续）和结构复合材料。重点分析纤维增强复合材料的载荷传递机制，包括应力转移长度的计算和临界体积分数的概念。 4.2 界面：性能的关键桥梁 界面是复合材料中应力传递和失效的敏感区域。本节深入探讨界面结合的强度、化学键合和物理吸附作用。分析界面区结构（如反应层）如何影响复合材料的力学和热稳定性。 4.3 复合材料的制造工艺与性能预测 介绍先进的制造技术，如树脂传递模塑（RTM）、真空辅助树脂灌注（VARI）和热压罐技术。利用复合材料的经典层合板理论（如麦克唐纳-林德理论）来预测多层结构在复杂载荷下的宏观力学响应。 第五章：功能材料的电磁与光热特性 现代工程对材料的电学、磁学和光学功能提出了更高要求。本章聚焦于具有特定功能响应的材料设计与应用。 5.1 铁电体与压电效应 铁电材料在电场下具有自发极化和电滞回线特性。本节讲解电畴的形成、驱动机制以及压电效应（电场-应力耦合）在传感器和执行器中的应用。重点分析居里温度对器件性能的限制。 5.2 磁性材料的畴结构与磁化过程 区分软磁和硬磁材料的特性。深入探讨磁畴、磁畴壁的运动，以及磁致伸缩效应。介绍磁记录、磁屏蔽材料（如坡莫合金）的微观结构设计原则。 5.3 光电导与半导体器件基础 复习半导体的掺杂理论与载流子输运机制。重点讨论光电导效应（光生载流子）在光伏电池和光敏电阻中的应用。介绍新型光电材料（如钙钛矿）的能带工程设计思路，以及缺陷对光电器件效率的影响。
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