即使過程變量之間的關(guān)系非常清晰，但是被控對(duì)象模型往往具有非線性、時(shí)變、純滯后、耦合等動(dòng)態(tài)特性。而且基礎(chǔ)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(jīng)驗(yàn)和對(duì)工藝過程的理解不足。這些都增加了PID參數(shù)整定的難度。
盡管如此，生產(chǎn)過程確實(shí)具有一些共同的特征，絕大部分的生產(chǎn)過程都可以用PID控制器實(shí)現(xiàn)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(jiǎn)單的控制形式，最容易整定。純比例控制還提供了魯棒(即穩(wěn)定)的控制。它會(huì)做出一個(gè)初始快速的瞬時(shí)動(dòng)作響應(yīng)干擾和設(shè)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(huán)性能分析，不推薦在實(shí)際應(yīng)用中使用純比例控制。
②比例積分控制
工業(yè)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(shí)時(shí)響應(yīng)，并解決了純比例控制的余差問題。使用2個(gè)參數(shù)使得這種形式相對(duì)容易優(yōu)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(gè)參數(shù)，允許更激進(jìn)的比例作用和積分作用并且沒有超調(diào)。PID控制適用于穩(wěn)定、響應(yīng)緩慢和幾乎沒有噪聲的過程。PID控制的不足是其復(fù)雜性增加，而且噪聲會(huì)在控制器輸出上被放大。噪聲的放大通常會(huì)導(dǎo)致最終控制元件過度磨損，增加維護(hù)成本。當(dāng)被控對(duì)象具有發(fā)散特性時(shí)，只有使用PID才可能有效控制，微分作用的使用擴(kuò)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(shù)工業(yè)過程只需使用PID控制器的兩個(gè)參數(shù)，即比例增益和積分時(shí)間，即可有效控制。微分在噪聲面前的響應(yīng)很差，會(huì)導(dǎo)致最終控制元件的磨損加劇。由于大多數(shù)生產(chǎn)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(zhàn)是有兩個(gè)可調(diào)參數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)互相影響，甚至互相干擾。
在對(duì)PID控制器進(jìn)行試湊法或啟發(fā)式整定時(shí)，需要根據(jù)響應(yīng)曲線進(jìn)行分析判斷。分析不同PID參數(shù)情況下的閉環(huán)響應(yīng)曲線，可以幫助我們更容易地發(fā)現(xiàn)問題，確定PID參數(shù)整定的方向。由于自衡對(duì)象和積分對(duì)象的閉環(huán)響應(yīng)曲線顯著不同，所以必須分開討論。
