本论文深入研究了PID控制理论和重新分析了PID控制器的控制机理，在此基础上综述和讨论了现有的各种PID参数整定方法和近年来的发展状况。按照简单、易用、直观的参数整定原则及切实改善系统控制性能的参数整定目的，提出了几种改进的PID控制器的参数自整定算法。基于阶跃辨识的PID参数自整定算法是通过阶跃响应实验获取过程对象的动态特性，辨识出一个精度较高的低近似模型，基于此模型设计满足给定幅相裕度的PID控制器。改进的继电辨识的Smith预估控制算法是基于饱和继电实验获取高精度的过程临界点信息，从而本质上提高模型辨识精度，并和Smith预估控制相结合克服了PID控制器不能对大时滞对象进行有效控制的情况。基于连续继电辨识的自整定PID控制器的设计思想是通过连续执行带有输入偏置继电反馈实验和饱和继电实验来获取过程的静态增益和临界点信息，再基于内模原理设计鲁棒控制器，使系统的控制性能大为改善。两种改进的继电辨识的自整定PID控制算法和多点频率特性辨识的自整定PID控制算法都是基于对继电实验进行改进后去辨识过程特定点的信息，然后设计满足给定幅相裕度或满足期望系统闭环特性的PID控制器，对于一些特殊的过程对象和较难控制过程对象获得了理想的控制效果。对于本文给出的几种PID参数自整定算法都一一进行了计算机仿真实验验证，并且得出了一些有益的仿真实验结果，对于实际的控制效果还有待于将算法在具体的过程对象上的进一步实践。