即使过程变量之间的关系非常清晰，但是被控对象模型往往具有非线性、时变、纯滞后、耦合等动态特性。而且基础条件和过程本身的限制很多，干扰和噪声多种多样，操作人员的经验和对工艺过程的理解不足。这些都增加了PID参数整定的难度。
尽管如此，生产过程确实具有一些共同的特征，绝大部分的生产过程都可以用PID控制器实现有效控制。
PID控制器可以提供的常用控制方式包括：
①纯比例控制
这是最简单的控制形式，最容易整定。纯比例控制还提供了鲁棒(即稳定)的控制。它会做出一个初始快速的瞬时动作响应干扰和设定值阶跃变化，但纯比例控制存在余差。纯比例控制可以用于仿真和闭环性能分析，不推荐在实际应用中使用纯比例控制。
②比例积分控制
工业上最常用的PID控制形式，比例积分控制提供了比例控制的快速实时响应，并解决了纯比例控制的余差问题。使用2个参数使得这种形式相对容易优化。在过程控制中，控制回路绝大部分使用比例积分控制。
③PID控制
这种形式使用了PID的3个参数，允许更激进的比例作用和积分作用并且没有超调。PID控制适用于稳定、响应缓慢和几乎没有噪声的过程。PID控制的不足是其复杂性增加，而且噪声会在控制器输出上被放大。噪声的放大通常会导致最终控制元件过度磨损，增加维护成本。当被控对象具有发散特性时，只有使用PID才可能有效控制，微分作用的使用扩展了PID的适用范围。
PID控制器理论上还可以提供纯积分、比例微分等其他控制方式，但大多数工业过程只需使用PID控制器的两个参数，即比例增益和积分时间，即可有效控制。微分在噪声面前的响应很差，会导致最终控制元件的磨损加剧。由于大多数生产过程都有噪声，因此通常不使用微分。
比例积分控制器的挑战是有两个可调参数，这两个参数互相影响，甚至互相干扰。
在对PID控制器进行试凑法或启发式整定时，需要根据响应曲线进行分析判断。分析不同PID参数情况下的闭环响应曲线，可以帮助我们更容易地发现问题，确定PID参数整定的方向。由于自衡对象和积分对象的闭环响应曲线显著不同，所以必须分开讨论。