我大概知道了你的情况，我的经验供你参考：
PWM的脉宽分辨率是多少？要注意低温情况下分辨率相对于当时的输出。比如，PWM周期1秒，低温时，脉宽的占空比是5%，输出脉冲50毫秒，如果脉宽分辨率是5毫秒，控制输出变化就很大了（相当于调节阀有死区），会引起被调参数的波动。
在调节通道没有大干扰情况下，可以采取不同工况下的最弱的调试参数，保证稳定。
如果想让PID参数跟踪不同工况，建议编制一段程序，PID与输出值匹配就可以。
我曾经用单片机对24个容量各为200升的纺织厂用密封加热箱进行PID控制，加热功率500瓦，虽然功率不大，但是温度滞后相当大，加热后，如果切断电源要过好长时间温度才降下来（相当于电热汤婆子，哈哈！）。我采用了K=8，Ti=15分，Td=0，在80-180摄氏度范围内控温精度达到正负0.1度。当时pid控制周期20秒，PWM脉宽周期也是20秒，2毫秒处理1次PWM，也就是PWM最小宽度2毫秒。我博客里有我开发的24路温控器图片。
如果环境、加热电压都稳定情况下，系统出现波动就是PID参数或控制分辨率问题引起。
对于大惯性滞后的系统，请大胆使用大PID的放大倍数，加大积分时间。
曾经有个20立方米水池的液位调节系统，调节阀是DN40的，我选择了K=10,Ti=50分！系统得到稳定控制。
曾经有个10立方米球罐压力调节系统，调节阀是DN15的，我选择了K=12,Ti=60分！系统得到稳定控制。
对于大惯性系统，调节过程是非常非常的缓慢，千万不能随意减少积分时间来加快调节过程，这样做的结果回出现大幅度超调、大幅度的波动。
如果想优化调节，采用模糊控制是最佳方法。