Добрый день.
Есть предположение, что при более высоких температурах (150 градусов) идет более интенсивное охлаждение бруска из-за бОльшей разницы температур бруска и окружающего воздуха, чем при 60 градусах. Поэтому выбеги по температуре в этом температурном диапазоне меньше, чем при 60 градусах.
Что касается глубины и полосы цифрового фильтра, то эти параметры скорее относятся к помехозащищенности канала измерения, то есть отсеиваются явно выраженные "провалы" и "скачки" температуры. В Вашем же случае нагревание и охлаждение идет постепенно и о влиянии внешних помех речь не идет.
Можете попробовать снизить степень демпфирования и полосу цифрового фильтра, но вряд ли это кардинально изменит переходный процесс.
Гистерезис же можете попробовать снизить, например, до 1-2 градусов и посмотреть на результат, но есть вероятность, что система просто не сможет поддерживать нужную Вам точность.
Что касается Ваших переходных процессов, то они иллюстрируют классический случай 2-позиционного регулирования.
Для получения процессов, подобных тем, что приведены во вложении, рекомендую все же использовать ПИД-регуляторы.
Например, можете рассмотреть ТРМ500:
http://www.owen.ru/catalog/termoregu...rm500/opisanie