本文在PID控制理论及现有PID控制参数整定方法的基础上，设计使用随机数直接搜索法进行PID控制参数的寻优整定。经过计算机仿真实验，和基于遗传算法、单纯形加速法寻优的整定结果进行了比较，验证了该方法的可行性，并且整定效果很好。将该整定方法应用于液位跟踪控制实验(在FESTO过程控制实验台上进行)，并与传统Z-N法整定的控制效果进行比较，也取得了满意的结果。其后将此方法用于鲁棒PID控制参数的整定，也取得了较好的仿真结果。 论文前三章分别介绍了PID控制、过程模型辨识及PID控制参数整定的基本理论。着重介绍了实验中涉及到的最小二乘模型辨识以及Z-N整定法、基于遗传算法的参数寻优整定和基于单纯形加速法的整定方法。第四章讲述应用随机数直接搜索法进行PID控制参数整定的方法，并将此方法的仿真实验结果与基于遗传算法、单纯形加速法整定的控制效果进行了比较。第五章介绍利用该方法在FESTO过程控制实验台上进行液位跟踪控制实验，并将控制效果与传统Z-N法整定的控制效果进行比较。第六章介绍将该方法进一步扩展用于鲁棒PID控制参数整定，并进行了计算机仿真实验。同时将仿真实验结果与基于遗传算法、SQP二次规划的鲁棒PID控制参数整定的控制效果进行了比较并得出结论。