Kontrol derivatif merespons laju perubahan kesalahan. Jika kesalahan berkurang dengan cepat, aksi derivatif mengurangi output kontrol. Jika kesalahan bertambah, ia meningkatkan output. Ini adalah istilah prediktif. Ia mengantisipasi ke mana arah kesalahan dan menerapkan pengereman atau akselerasi sesuai dengan itu.

Dalam pengontrol PID, aksi derivatif adalah D. Fungsinya adalah menambahkan redaman. Tanpa itu, sistem dengan penguatan proporsional yang tinggi akan berosilasi. Dengan adanya derivatif, sistem akan lebih cepat stabil dan mengurangi overshoot. Istilah derivatif dihitung dari kemiringan kurva kesalahan terhadap waktu.

Mengapa kontrol derivatif bermanfaat?

• Mengurangi overshoot dalam kontrol posisi.
• Meredam osilasi.
• Meningkatkan stabilitas pada sistem yang cepat.
• Memberikan respons sebelum kesalahan menjadi besar.
• Membutuhkan data sensor yang bersih agar dapat berfungsi dengan baik.

Kontrol derivatif memiliki kelemahan: noise. Mendiferensiasikan sinyal yang bising akan memperkuat noise tersebut. Pembacaan sensor yang goyah tampak seperti kesalahan yang berubah dengan cepat, dan pengontrol bereaksi berlebihan. Para insinyur menyaring suku derivatif atau menggunakan filter low-pass pada sensor. Beberapa sistem menghilangkan kontrol derivatif sepenuhnya dan mengandalkan aksi proporsional dan integral. Tetapi untuk sistem yang membutuhkan respons cepat dan presisi, seperti pengontrol penerbangan drone atau sambungan lengan robot, kontrol derivatif sulit dikalahkan. Ini adalah perbedaan antara sistem yang goyah hingga berhenti dan sistem yang meluncur ke tempatnya.