以上讨论的比例控制和积分控制都是根据当时偏差的方向和大小进行控制的。当被控对象滞后较大时，控制的作用就无法得到及时响应，也就是说控制的输出很大，但误差没有变化或变化很小，这时控制器被误差较大的假象所欺骗，根据现有的偏差继续维持较强的控制输出。一段时间后，控制的作用得以体现，被控对象的输出出现较大的变化，导致偏差反相，控制器依据现在的偏差又会作出相反的控制，同样这一控制作用仍然不会得到被控对象的及时响应，如此周而复始，系统将出现强烈振荡，稳定性无法得到保障。要想解决这个问题，必须提高控制器的“预见”性；让控制器不仅仅依据误差的大小进行调节，还要判断误差变化的趋势。误差变化的方向和速度是误差变化趋势的重要参数，如果控制器可以依据误差变化的方向和速度及时作出控制反馈，就应当能避免上述控制过头的问题。因此，如果控制器能够根据被控变量的变化速度来控制调节阀，而不是等到被控变量已经出现较大偏差后才开始动作，那么控制的效果将会更好，这相当于赋予控制器以某种程度的预见性，这种控制动作也被称为微分控制。此时，控制器的输出与被控变量或其偏差对于时间的导数成正比，即

式中：K d为微分增益。(www.daowen.com)

然而，单纯按上述规律动作的控制器是不能工作的。因为微分环节反应的是参数的变化速度，如果被控对象的流入量、流出量只相差很少，以致被控变量只以控制器不能察觉的速度缓慢变化时，控制器并不会动作，但是经过相当长时间以后，被控变量偏差却可以积累到相当大的数字而得不到校正。这种情况当然是不能允许的，因此微分控制只能起辅助的控制作用，它可以与其他控制动作结合成PD或PID控制动作。