随着微机电系统技术的发展,利用俘能器将环境中的振动能转化为电能为微功耗电子设备供能成为研究的热点,其中压电式俘能器广受关注。双稳态压电俘能器作为目前研究最多的一种典型俘能器,存在势垒较高的问题;另外,参数激励下的双稳态俘能器的研究较少。为了解决双稳态俘能器势垒较高的问题,拓展俘能带宽,以提高俘能器的输出,本文提出了一种具有变势能函数的二自由度参数激励双稳态压电俘能器。该俘能器由固定在基座上含末端磁铁的竖直梁与固定在基座上的弹簧-磁铁连接体构成,竖直梁的末端为自由端。该结构具有变势能函数,并可通过调整初始磁铁间距使系统处于双稳态状态。本文的主要研究工作为:利用扩展哈密顿原理建立了系统的动力学方程,研究了系统势能函数的变化规律及其作用原理;在此基础上,利用数值计算的方法,研究了外激励分别为简谐激励和随机激励时,系统参数对系统动力学特性及俘能特性的影响,并以均方根电压最大为目标,优化了系统的参数。本文的主要研究结论如下:1.引入变势能函数后,竖直梁在振动过程中将穿越不同的的势能函数曲线,当到达具有更低势垒的势能函数曲线时,双稳态系统更易脱离单侧势阱,在激励水平较低时便可作阱间大幅运动,从而提高系统输出性能。研究表明:弹簧-磁铁连接体的运动导致了系统磁势能的变化,这是势能函数曲线变化的主要因素,其位移的增大具有压低双稳态势能曲线势垒的作用。2.简谐激励下,变势能函数双稳态系统相较非变势能函数双稳态系统更易在低激励幅值时实现阱间运动;系统在不同的参数情况表现出阱内小幅周期运动、阱间小幅混沌运动、阱间大幅混沌运动、阱内大幅周期运动等状态;随着激励幅值的增大,阱内小幅周期运动将转变为阱间混沌运动;系统在阱间大幅混沌运动时输出功率最高。研究表明:可选择能使系统产生大幅混沌运动的参数提高系统输出,并且不同的激励频率对应有不同的最佳外界负载。利用遗传算法优化,可以得到在特定简谐激励下能产生最大的均方根电压的系统参数。3.随机激励下,以高斯白噪声作为激励,通过对比变势能与非变势能两种俘能器系统的动态响应可以看出:变势能函数双稳态系统在噪声强度较低时便能出现阱间的随机跳跃现象;当噪声强度足够大时,比非变势能函数俘能器更早出现相干共振,提高了系统输出。随着噪声强度的增大,阱间跳跃次数增多,系统输出电压增大;随机激励下变势能系统同样具有最佳电阻,且最佳电阻值随噪声强度的增大而增大;同样,利用遗传算法优化,可以得到在确定噪声强度下产生最大均方根电压的系统参数。