比例微分控制常以PD表示，由于P调节器的输出于输入成比例，只要有偏差存在，调节器的输出立刻于偏差成比例变化。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分成正比关系，微分的作用能够超前调节。
自动控制系统在克服误差的调解过程中可能会出现震荡甚至失稳。其原因是由于存在较大惯性环节或有滞后组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化，解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近于零时，抑制误差的作用就应该是零。也就是说，控制器中仅仅引入比例项往往是不够的，比例项的作用能够放大误差的幅值，而目前需要增加的是微分项，它能够预测误差变化的趋势，这样具有“比例+微分”的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例微分(PD)控制。即“比例(P)+微分(D)”控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。由于PD控制相当于给系统增加了一个闭环零点,故比例-微分控制的二阶系统称为有零点的二阶系统.
对于惯性较大的对象，为了使控制及时，常常希望能根据被控变量变化的快慢来控制。在人工控制时，虽然偏差可能还小，但看到参数变化很快，估计很快就会有更大偏差，此时操作人员会过分地改变阀门开度以克服干扰的影响，这就是按偏差变化速度进行控制。在在自动控制中，这就要求控制器具有微分控制规律，就是控制器的输出信号与偏差信号的变化速度成正比，即
式子当中——微分时间常数
式子当中——偏差信号变化速度
上式表示理想微分控制器的特性。如果在时输入一个阶跃信号，那么时刻控制器输出将为无穷大，其余时间输出为零。这种控制用在系统当中，即使偏差很小，只要出现变化趋势，马上就进行控制，故有提前控制之称，这是他的优点。但它的输出不能反映偏差的大小，加入偏差固定，即使数值很大，微分作用也没有输出，因而控制结果不能消除余差，所以不能单独使用这种控制器，它常以比例或比例积分构成比例微分（PD）或者比例微分积分（PID）控制器。
比例微分控制规律为：
微分作用按偏差的变化速度进行控制，其作用比比例作用快，因而对惯性大的对象用比例微分控制规律可以改善控制质量，减小最大偏差，节省控制时间。微分作用力图阻止被控变量的变化，有抑制振荡的效果，但如果加的过大，由于控制过强，反而会引起被控变量大幅度的振荡。微分作用的强弱由微分时间常数来决定，越大，微分作用越强，越小，微分作用越弱。引入过强的微分作用也会降低系统稳定性，增加振荡趋向，所以应选取合理。从实际使用情况看,单纯的比例微分控制用得较少，在生产上用得较多的是比例、积分和微分三种规律结合起来的PID控制。
这里选取一个实例来进行仿真：
对于如图所示的二阶阻尼系统进行PD控制，取,画出系统的零极点分布图与阶跃响应图。
图1 零极点分布图
图中蓝色的叉表示系统未加入PD控制时系统的极点分布，红色的点表示系统加入PD控制后的零极点分布图。
图2 系统的单位阶跃响应