即使過程變量之間的關系非常清晰，但是被控對象模型往往具有非線性、時變、純滯后、耦合等動態特性。而且基礎條件和過程本身的限制很多，干擾和噪聲多種多樣，操作人員的經驗和對工藝過程的理解不足。這些都增加了PID參數整定的難度。
盡管如此，生產過程確實具有一些共同的特征，絕大部分的生產過程都可以用PID控制器實現有效控制。
PID控制器可以提供的常用控制方式包括：
①純比例控制
這是最簡單的控制形式，最容易整定。純比例控制還提供了魯棒(即穩定)的控制。它會做出一個初始快速的瞬時動作響應干擾和設定值階躍變化，但純比例控制存在余差。純比例控制可以用于仿真和閉環性能分析，不推薦在實際應用中使用純比例控制。
②比例積分控制
工業上最常用的PID控制形式，比例積分控制提供了比例控制的快速實時響應，并解決了純比例控制的余差問題。使用2個參數使得這種形式相對容易優化。在過程控制中，控制回路絕大部分使用比例積分控制。
③PID控制
這種形式使用了PID的3個參數，允許更激進的比例作用和積分作用并且沒有超調。PID控制適用于穩定、響應緩慢和幾乎沒有噪聲的過程。PID控制的不足是其復雜性增加，而且噪聲會在控制器輸出上被放大。噪聲的放大通常會導致最終控制元件過度磨損，增加維護成本。當被控對象具有發散特性時，只有使用PID才可能有效控制，微分作用的使用擴展了PID的適用范圍。
PID控制器理論上還可以提供純積分、比例微分等其他控制方式，但大多數工業過程只需使用PID控制器的兩個參數，即比例增益和積分時間，即可有效控制。微分在噪聲面前的響應很差，會導致最終控制元件的磨損加劇。由于大多數生產過程都有噪聲，因此通常不使用微分。
比例積分控制器的挑戰是有兩個可調參數，這兩個參數互相影響，甚至互相干擾。
在對PID控制器進行試湊法或啟發式整定時，需要根據響應曲線進行分析判斷。分析不同PID參數情況下的閉環響應曲線，可以幫助我們更容易地發現問題，確定PID參數整定的方向。由于自衡對象和積分對象的閉環響應曲線顯著不同，所以必須分開討論。
