环境微能量收集技术为发展迅速的低功耗无线传感器供电难题提供了解决思路。其中双稳态压电振动俘能系统由于能在较宽的低频范围内获得较高的俘能效率而备受关注。目前,对双稳态压电振动俘能系统发电性能的研究还处于起步阶段,尚存在诸多问题有待深入研究。本文以双稳态压电振动俘能系统为研究对象,通过结构设计、动力学理论建模、数值计算和实验分析相结合的方法,研究系统动力学响应特性和发电性能,为宽频带俘能器设计奠定基础。论文针对传统线性压电俘能器共振频带窄、难以匹配环境振动宽频特性和俘能效率低等问题,融合非线性动力学和多场耦合结构技术提出一种新型双稳态压电振动俘能系统。建立考虑磁场和结构非线性特性的系统动力学模型,分析其双稳态和动力学响应特性,揭示非线性参数和外界振动激励条件对系统发电性能的影响规律。通过分析煤矿井下采煤机工作时的振动特性,提出压电俘能器结构参数的设计要求。采用数值计算方法对俘能器谐振频率进行分析,得到悬臂梁尺寸参数对谐振频率的影响规律,并获得基于集能效率最佳的压电俘能器结构参数。最后,为了实际测试和评估双稳态压电振动俘能系统的频带拓宽能力和发电性能,研制双稳态压电振动俘能系统试验样机并搭建了性能测试平台。实验结果表明,新型双稳态压电振动俘能系统的输出电压可达18V,是线性压电振动俘能系统的3.5倍,有效工作频带是线性压电振动俘能系统的3.1倍,说明新型双稳态振动压电俘能系统具有明显拓宽有效工作频带和提升发电效率的能力。本文的研究为双稳态压电振动俘能器的宽频带设计提供了理论参考依据,对实际压电俘能器的宽频带设计和应用具有一定的参考价值。