随着电力电子技术的飞速发展,各种电力设备引起的谐波问题不容忽视。作为一种前端交/直流变换器,功率因数校正（Power Factor Correction,PFC）电路被广泛应用于工业电子等领域,与之相关的拓扑创新和控制算法也得到了广泛的研究。由二极管整流电路后接升压（boost）斩波电路构成的单相boost型PFC电路已成为中大功率应用中最流行的拓扑之一。单相boost PFC变换器的级联PI控制系统是由电流内环与电压外环组成。PI电流环路控制电感电流正弦化,且与输入电压同相位,而PI电压环路实现交直流能量变换并稳定输出电压。由于带宽的差异,两个控制器可分别进行设计。论文基于连续导通模式（Continuous Conduction Mode,CCM）下变换器的数学模型,推导出两个控制环路的频域特性,再确定相应的控制参数,然后搭建级联PI控制系统的仿真模型,验证PI算法的可行性与控制性能。最后,搭建1k W的单相boost PFC变换器的实验平台,通过在不同条件下的实验,验证级联PI控制方案的有效性。考虑到PI控制存在参数调整复杂,对运行模式及参数变化敏感、动态响应缓慢等缺点,为了提高系统控制的鲁棒性和快速性,论文提出一种级联无模型预测控制（Model-Free Predictive Control,MFPC）方法。基于在线辨识的超局部模型统一了变换器在连续导通模式和断续导通模式（Discontinuous Conduction Mode,DCM）下的动态模型,可实时精准估计系统的不确定性和内外部干扰。根据建立的超局部模型,分别设计无模型预测控制器。借助经典控制理论,对提出的控制系统进行稳定性分析,给出相应的参数调整规则,且由系统仿真和实验研究证实级联MFPC方案可显著提高变换器工作在全功率范围内的控制性能及鲁棒性。为了进一步提升变换器的鲁棒性及快速性,基于预测控制思想提出单相boost PFC变换器的无级联控制。基于建立的统一超局部模型,再设计代价函数计算得到最优占空比,实现电压和电流的双目标控制。所提出控制方案的特色是基于代数辨识的负载电流估计器,利用负载电流估计值生成参考电流值,并去除了级联控制结构中的电压控制环路,藉由单闭环控制提升系统动态响应。此外,设计了补偿代价函数,补偿占空比与最优占空比共同作用于控制系统,提高输出电压的控制精度。最后,基于Lyapunov稳定性定理,对无级联预测控制系统的稳定性进行分析和验证。基于系统仿真和实验研究证实所提出的无级联控制所拥有的改善系统动态性能及鲁棒性的技术优势。