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DuckieBot 小鴨車控制簡介
DuckieTown 小鴨城
Duckietown是2016年由MIT五位教授及15 位博士研究後所開發發展出的平台(微型城市)。其中有著小小的自駕計程車Duckiebot，在城市中提供鴨子市民Duckie便利的交通。這些自駕車Duckiebot都安裝微型嵌入式電腦與相機鏡頭，使他們能完成大部分真實自駕車能做到的事。學生們利用Duckietown學習機器人領域的知識，並讓自動駕駛技術與人工智會變得更加容易學習、更加有趣。
自走車控制方法
Bang-Bang Control 起停式控制
(on
–off
control)
P 比例控制 （proportional control）
PI 比例積分控制 （proportional
–integral
control）
PD 比例微分控制 （proportional-derivative control）
PID 比例積分微分控制 （proportional-integral and derivatice control）
Bang-Bang Control 起停式控制
(開關控制)
起停式控制（bang-bang control），也稱為砰砰控制、bang-bang控制、開關控制、繼電器式控制或磁滯控制，是會讓控制輸出在兩種狀態之間切換的回授控制器，起停式控制會使控制輸出在某個狀態停留一段時間，再跳到另一個狀態[1]。起停式控制可以用有遲滯功能的元件實作。
起停式控制可以控制只接受二種狀態輸入的設備，例如一個只能控制全開或全關的電爐。常見的家用自動調溫器即為屬於起停式控制。起停式控制的輸出可以用離散形式的單位階躍函數來表示。因為起停式控制控制信號的不連續，控制系統中若有包括起停式控制，即可視為是一個變結構系統，因此起停式控制器也屬於變結構控制器。
起停式控制的優點是結構簡單方便，但其缺點是控制動作的不連續，若設計不當，容易造成系統震盪（這也是稱為砰砰控制的原因）
P 比例控制 （proportional control）
在自走車行進控制上，使用比例控制( proportional control )，當行進水平方向(黑線)和理想行進路線(中線)產生誤差時，誤差愈大，則車輪轉動的角度愈大(紅線)，若以 𝜃 表示車輪轉動角度，e代表誤差，轉動角度為誤差乘上一個固定比例，所以稱為proportional control： 𝜃 = 𝑃 × 𝑒，而P值需要適度調整，如圖25，P值過大會造成過多的振盪，P值過小會使自走車很久才會達到目標路徑
PI 比例積分控制 （proportional
–integral
control）
在比例控制的操作中有一明顯的缺點，即操作程序有負荷變化時，其變數即有偏差（offset）的情形發生，為了消除偏差必須使用重整（reset）裝置，而成為比例積分控制（PI控制）。
PD 比例微分控制 （proportional-derivative control）
對於落後較大的程序，輸出的命令常無法及時消除誤差，因此在比例控制的後面加一預期動作，預測誤差的走向，事先加以調整稱為微分控制（PD控制）。當誤差信號發生時先起校正作用的是微分器然後才是比例控制器。微分作用的目的在抵消程序的落後，每個程序有其適當的速率時間，如調節過大，反而有害。一般應用上在落後很嚴重的系統中（如溫度控制）較常用微分控制有助於系統的穩定性。其優點為可消除圈環現象，使系統更穩定，缺點為對於微小的干擾信號或假信號也會將其放大。
PID 比例積分微分控制 （proportional-integral and derivatice control）
（比例-積分-微分控制器），由比例單元(P)、積分單元(I)和微分單元(D)組成。透過Kp，Ki和Kd三個參數的設定。PID控制器主要適用於基本上線性，且動態特性不隨時間變化的系統。
為了達到良好的控制，控制系統必須是 （1）偏位小（2）穩定（3）加快反應。 比例積分微分控制又稱PID控制，是藉由積分作用消除偏位（offset），而微分控制可縮小超越量（overshoot）加快反應（respone），為綜合了PI控制與PD控制的長處，去除其短處的控制。
DuckieBot 小鴨車中控制應用
DuckieBot 控制原文
https://docs.duckietown.org/DT18/learning_materials/out/duckiebot_modeling.html
https://arg-nctu.github.io/publications/paull-2017-icra-duckietown.pdf
Duckiebot為每個車輪使用執行器（直流電機）。通過對車輪施加不同的扭矩，Duckiebot可以轉動，直行（兩個車輪的扭矩相同）或保持靜止（兩個車輪都沒有扭矩）。該驅動配置稱為差速驅動器。
我們將推導出差速驅動輪式機器人的原理。 Duckiebot 將接收電壓作為輸入（到直流電機）並輸出。勢明確地描述了Duckiebot 相對於一些牛頓“世界”框架的位置和方向。
一旦我們估計了位置和方向在車道上的Duckiebot，我們用它來產生控制發出信號向車道行駛。
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自走車控制方法
Bang-Bang Control 起停式控制 (開關控制)
P 比例控制 （proportional control）
PI 比例積分控制 （proportional –integral control）
PD 比例微分控制 （proportional-derivative control）
PID 比例積分微分控制 （proportional-integral and derivatice control）
DuckieBot 小鴨車中控制應用