四、钢丝绳动态伸长量状态观测实验
（一）实验目的
钢丝绳的伸长量为动态伸长量与静态伸长量之和。由于其动态伸长量不能被直接测量，需要设计合适的状态观测器。状态观测实验的目的在于设计出合适的状态观测器以观测钢丝绳的动态伸长量。该实验将理论与实践相结合，要求学生能够灵活利用所学到的现代控制理论的知识，从而充分锻炼学生的工程实践能力。
（二）实验原理
为设计钢丝绳的动态伸长状态观测器，有必要建立钢丝绳负载系统模型。将钢丝绳负载系统等效为弹簧-质量-阻尼模型，将钢丝绳的伸长分为动态伸长量Δld和静态伸长量 Δls，令负载在垂直方向上的位移为 xl，xl0 是负载初始位移，xh是吊钩综合位移，则有如下关系：
（三）实验内容
学生应预先状态观测器的相关工程控制知识，利用Matlab软件进行该状态观测器的 M程序的编写，在编写过程中学生应当自行配置反馈校正矩阵L。
教师应预先给出一组波浪数据，而学生可利用该数据设定不同的负载质量进行仿真，比较收敛效果。
在经教师许可之后，学生可将自己的编写好的状态观测器程序上传到工控机中，在教师或者相关工程人员指导之下转化为TwinCAT可识别的程序，学生应按照在线波浪预报实验中的操作启泵、使能并运行二次单元、提升负载、初始化和启动六自由度转台。
工控机会接收销轴式力传感器所发送回来的张力数据，在经过程序的滤波以及比例放大处理之后，用作状态观测器的钢丝绳动态伸长量的观测。
同样，学生应当在多个浪高下进行实验，导出动态伸长量观测数据，以及负载速度、钢丝绳张力以及升沉方向上的位移等数据，分析观测器的观测效果。
五、主动升沉补偿综合实验
（一）实验目的
该实验的目的在于通过将前二实验所设计的算法相结合，并运用到实验平台上，进行主动升沉补偿。将阶段性成果运用到实际的工程实践中，让学生能够对一般的科研过程有所了解，为之后的深造打下基础。此外，该实验具有的趣味性让学生在接触轮机工程前沿的同时极大地激发其学习兴趣。
（二）实验原理
图 8为升沉补偿实验平台的系统框图，通过三环控制器分别控制由外而内的负载位置环、二次单元速度环、以及阀控液压缸位置环。
此教师直接给出系统的Matlab/Simulink模型（图8）。由学生自行结合波浪预报算法以及设计出的状态观测器，利用教师所给出的三组不同浪高的波浪数据进行仿真。向教师上交程序和仿真结果。在经教师许可之后，在工控机中备好的 TwinCAT 程序中添加在线波浪预报程序和动态伸长量状态观测程序，然后在教师或者相关工程人员指导下按照在线波浪预报实验中相同的操作进行实验。
学生应当利用上位机界面记录下补偿开始前与补偿开始后的负载的实际位移、补偿位移以及钢丝绳张力等数据，并结合给出的三组的波浪数据，分析预报算法以及状态观测器的有效性，同时根据浪高的不同，分析波浪预报的效果和观测器对于补偿效果（负载的位置相对于锚定点的偏移，钢丝绳张力的波动大小）的影响。
六、结束语
实验教学是高校理工类课程的重要组成部分，是将所学知识和实际问题相结合的重要途径[7]。在实验教学之中融合一些前沿性的内容，使学生能够接触到前沿科学的相关概念和技术，这样不光能让学生学习到本学科相关专业知识，对培养学生的科研思维，锻炼其科研能力也大有裨益。本文所设计的基于主动升沉补偿实验平台的实验立足于建设创新型国家的发展核心战略，着眼于我校的轮机工程专业对本科人才和研究生的培养目标，让学生充分接触并了解轮机工程的前沿领域，且在实验过程中兼顾了理论教学和实践训练，对学生的自主学习能力和创新能力的提高起到了重要作用。
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