模拟波浪的船舶试验水池可以用来产生各种波浪，来评价海上作业的可靠性和安全性，造波机是与船舶试验水池配套的最重要的基础设施，用来产生不同波长和波高的各种形式的波浪，模拟实际波浪对船只或水中建筑物的影响，测定试验数据，为科学试验和工程设计提供可靠的依据。
科学试验对数据多样性和准确度要求的不断提高对试验水池的规模和造波系统造波板的数量都提出了更高的要求，即将投入使用的目前亚洲最大的船舶试验水池长320米，宽10米，工作水深为5米，共采用了160块造波板，能够产生多向不规则波形，其中最大波高可达0.4米。对于这种大型的复杂造波系统，要实现160块造波板的同步运行并保证波形的准确度对其控制系统的性能要求非常高。由Danaher Motion公司提供基于高性能运动控制网络SynqNet的运动控制卡ZMP、电机、驱动器、工业执行器以及由大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室开发的控 制软件相配合最终成功实现了160块造波板的高精度同步。
造波机控制系统架构
在以往的造波机控制系统中，采用单台计算机模拟信号控制方式，通过计算机算出每一块造波板的运行轨迹，然后通过D/A接口转换成控制造波板运行的信号，传送给工业直线执行器驱动器，但这种模拟信号的控制方式存在一个致命的弱点，就是抗干扰能力差，不能满足这种160块造波板同步运行所要求的高精度。经过多方考察，最终的控制系统采用先进的数字信号及网络控制的方式，用一台上位机通过以太网控制多台下位机，下位机与执行机构之间的通信通过SynqNet网络控制卡并配备专用的线路相连接。这种数字化信息网络控制技术降低了系统整体成本、传输速率高并且稳定可靠性也得到大幅提高。
造波机的整个控制系统由上位机、下位机以及由电机、驱动器、工业直线执行器组成的执行机构部分构成
上位机是整个系统的主控机，用普通PC或工控机都可以，作为整个系统的控制中枢，所有控制命令的发送、图形显示和数据处理等任务都由它来完成。
下位机的主要任务是接收上位机发来的控制命令，通过运动控制接口完成对所分管的每块造波板相应的控制，同时将造波板的工作状态上传给上位机。下位机内嵌的运动控制卡选用了丹纳赫传动公司的SynqNet总线运动控制卡ZMP，下位机程序通过控制它，使之发出有规律的数字脉冲及方向控制信号，送往驱动器控制伺服电机完成相应的正反向运转。
在实际的造波过程中，造波系统需要模拟一个波谱时，首先要根据目标谱，通过人机界面设定欲模拟波浪的相关参数，上位机根据系统的传递函数，利用反傅立叶变换计算出每块造波板运行的时间序列值控制信号，传送到相应的下位机，下位机接收到上位机的指令后，启动造波程序。同时上位机通过内部的控制软件采集波高参数与实际波形的误差，以及实际周期与设计周期的偏差，并向下位机发送一个可以产生一定波高和周期所需要的电机转速，下位机采集电机的实际转速和电流信号并向驱动器和电机发出指令，电机转动并驱动工业直线执行器，带动造波板前后摆动，生成实验所需要的波浪。水池中间放置的波浪检测传感器，它能将每时每刻波浪的波高和周期反馈给上位机，形成一个闭环控制系统。每块造波板都设有零位检测和控制功能，造波机在调试、维护、维修期间，可以通过计算机或者手动控制按钮，精确定位造波板的位置。
实施难点
这个大型的造波池不仅可以模拟规则波，还是国内唯一能够模拟斜向波和多向不规测波的拖曳实验水池，对波长、波高的精度要求很高。在长度约320米的造波池侧安装有160块造波板，每32块造波板和与之相连的电机、驱动器、工业执行器分为一组，由5台下位机分别控制，而造波池端的4块造波板和与之相连的电机、驱动器、工业执行器成为一组，由另外1台下位机控制。在造波系统运行的整个过程中，造波池侧的160块造波板以及造波池端的4块造波板的摆动幅度和频率都必须严格按照系统指令保持同步，这样才能保证造出的波浪波形准确。达到这种要求的造波系统，对于系统中最重要的运动控制设备的运行速度、控制精度等都有极高的要求。基于高性能数字化网络SynqNet的运动控制平台解决系统同步的难题
SynqNet是一种高性能、全数字的开放性同步运动控制网络，它采用一种同步数字网络专利技术及双冗余数据通道设计，从而可在各种复杂应用中实现卓越的运动性能，并确保机器运行的高可靠性。SynqNet集众多功能和特色于一身，可以灵活地实现各种运动控制算法，自动网络组态和完整性检验，支持32个同步协调轴，支持扩展I/O以完成各种逻辑操作，支持多种实时操作系统RTOS，如VxWorks、RealTime Linux、RTSS、mITRON等。采用SynqNet运动控制网络，只需要在控制器、驱动器以及输入/输出模块之间布设一根电缆，极大地减少控制系统配线数量，将线缆故障造成的危害降到最低。
当SynqNet网络中32 根协同轴一起工作时的伺服更新周期在1ms以内，即整个网络内的轴数据可以在1ms内完成更新，从而达到整个网络内轴与轴之间的高精度同步。整个系统160个轴需要5个这样的网络，网络之间通过外部I/O信号来同步触发，从而达到网络之间的同步。据该项目的工程人员介绍：“Synqnet是我们了解到的最先进的运动控制网络。它所具备的高速、数字化以及能够对多轴同步控制的性能在我们的造波池项目中表现出色，解决了池侧造波机的160块造波板和造波池端的4块造波板的同步控制问题，完全达到了系统要求的控制精度。”
同样是因为系统庞大，直接带动造波板摆动的工业直线执行器和与之相匹配的电机的选择也至关重要的。传统的造波机采用液压系统推动，给用户的设计和使用带来许多问题，例如液压系统设计困难，能耗巨大，效率极低 ，系统维护工作量大且成本高昂，漏油污染水池和环境等。而采用电动执行机构来设计驱动系统，不仅可以降低系统设计的复杂程度，还可以提高造波的效率和精度。
造波时，电机驱动工业执行器往复运动来带动造波板前后摆动，在水池中形成波浪。由于波高是由造波板的摆动幅度来决定的，在造大波，也就是实验波高要求较高的情况下，造波板的摆动幅度就要越大，系统要求的电机功率也就越大，但是电机功率越大，它的转动惯量也就越大。如果电机的转动惯量太大，造波板在运动过程中受它的惯性影响转不回来，必然会影响系统的频率响应，控制精度就很难保证。在这个系统中必须要选用功率大而转动惯量小的电机。最终，与造波池端的4块造波板配套的是Danaher Motion的低惯量GoldLine BH系列电机。
造波池侧的160块造波板需要配备160个工业直线执行器和配套的电机，通过计算，Danaher Motion的TC4系列工业直线执行器恰好能满足功率要求，这种大型工业直线执行器适于重型推力负载在12000N的行程1500mm范围内。
实践验证
目前，这一亚洲最大的造波试验水池即将投入使用，在系统调试阶段所做的所有空载试验显示的结果都能够达到设计预期的效果。“在这个项目整个实施过程中，Danaher Motion公司除了提供了优质的产品外，从最初的系统设计、项目实施调试到项目完成后的维护工作，Danaher Motion公司的技术人员一直都全程参与，为我们提供了完善的技术支持和服务。”
