PID控制器的基本理念是读取传感器，根据计算比例、积分、微分响应得出期望的激励器输出，将三个值相加计算输出。开始定义PID控制器的参数之前，要先了解闭环系统及其相关术语。

在一个典型的控制系统里，过程变量是需要被控制的系统变量。 例如，温度(ºC)、压强(psi)、流速(升/分钟)。传感器用来测量过程变量，并对控制系统做出反馈。设定值是过程变量的期望值或必须达到的值。例如，在一个温控系统中，设定温度值为100摄氏度。在任意时间点上，控制系统算法（补偿器）使用过程变量和设定值之间的差值，得到期望的激励器输出，驱动系统（设备）。例如，如测量得到的温度过程变量为100 ºC，期望的温度设定值为120 ºC，控制器算法的激励器输出将指示打开加热器。驱动激励器打开加热器，整个系统就逐渐变热，温度过程变量测得的结果也会增加。这就是一个闭环控制系统，读取传感器提供即时反馈，并计算期望的激励器输出，这三项操作以固定速率循环往复，如图1所示。

在很多情况下，激励器输出的并不是对系统有影响的唯一信号。例如，在温度舱内，可能会有冷空气源。 冷空气吹入舱内时，会扰动环境温度。 这类扰动因素叫做干扰。我们在设计控制系统时，通常会尽可能减少对过程变量的干扰因素。

控制设计过程从定义性能需求开始。控制系统的性能一般通过应用一个阶跃函数作为设定值命令变量，然后测量过程变量的响应。一般来说，我们通过测量定义的波形特征来量化响应。上升时间是系统从稳定状态（或最终值）的10%上升到90%所需的时间。过冲百分比是过程变量超过最终值的百分比数，并以最终值的百分比表示。稳定时间是过程变量值稳定在最终值（通常是5%）范围内所需的时间。稳定状态误差是过程变量和设定值之间的最终差值。请注意，这些值的确切定义在学术和工业上的定义不尽相同。

一旦指定了性能需求，即可开始检查系统并选择合适的控制方案。在大多数应用程序中，PID控制程序必须提供结果