Bộ điều khiển PID đã và đang được sử dụng rộng rãi để điều khiển các đối tượng SISO bởi vì tính đơn giản của nó cả về cấu trúc lẫn nguyền lý làm việc. Bộ điều chỉnh này làm việc rất tốt trong các hệ thống có quán tính lớn như điều khiển nhiệt độ, điều khiển mức,... và trong các hệ điều khiển tuyến tính hay hệ điều khiển có mức độ phi tuyến thấp.
Bộ điều khiển PID làm tăng tốc độ đáp ứng đối với vòng kín của bộ điều khiển, tăng độ chính xác của đáp ứng xác lập, giảm quá điều khiển. Hơn nữa bộ PID là khâu hiệu chỉnh tương đối dễ thiết kế và đa dụng.
Tuy nhiên, từ những phân tích lý thuyết và kết quả mô phỏng với đối tượng bậc hai tuyến tính đã chỉ ra một số hạn chế của bộ điều khiển PID như sau:
- Khi hệ thống bị tác động bởi nhiễu, nhiễu sẽ được đưa đến đầu vào thông qua mạch phản hồi và tổng hợp cùng với tín hiệu mẫu do vậy tín hiệu điều khiển cũng sẽ bao gồm nhiễu. Đây là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến tính ổn định của hệ thống và độ chính xác điều khiển.
- Bộ điều khiển PID được thiết kế trên cơ sở mô hình tuyến tính hóa với những thông số chính xác của đối tượng trong khi thực tế đối tượng là phi tuyến và thông số là không chính xác.
Tuy nhiên, nếu hệ thống làm việc trong môi trường ít bị ảnh hưởng của nhiễu, thông số của đối tượng chỉ thay đổi nhỏ trong quá trình làm việc và yêu cầu về độ chính xác cũng như ổn định không cao thì PID vẫn là một giải pháp hiệu quả.