随着《中国制造2025》对我国制造业智能化、无线化发展方向的明确表示,大量的无线传感器逐渐被引入到气动系统中以实现对普通传感器的替代。但是,应用在气动系统中无线传感器的供电方式以蓄电池供电为主,大量蓄电池的频繁更换带来了污染环境以及人力资源浪费等问题。本课题基于以上背景,提出了一种应用在气动系统中的压电能量转换器,安装在气缸进排气管路两侧,将气动系统中的气体压力能转化为电能并储存于蓄电池,进而有效延长其使用寿命,达到其为无线传感器持续供能的目的。论文首先对气压加载下双晶PZT压电片的数学模型进行了建立,通过理论分析比较和确定了压电片在转换器容腔内的约束形式,并进一步得到了压电片的最佳形状和排布方式。提出了影响电能输出的主要参数及其影响规律,为后续通过仿真进行性能分析提供了指导。其次,在理论分析的基础上,结合转换器的实际应用环境,对压电片结构进行改进,解决其密封问题。对于不规则形状,不便用公式进行理论分析的复杂结构进一步结合仿真进行研究,对压电片结构中的基板、压电片和薄膜等重点结构中的关键参数进行了分析与改进,并得到了相关参数对发电性能的影响规律。将理论部分与仿真部分相结合,提出了在不同工况下对基板厚度和材料等参数选取的方法。最后将改进后的扇形压电片结构与圆形压电片结构的输出功率进行了对比,验证了改进后结构发电性能的优越性。为了避免压电能量转换器影响气动系统正常工作,论文对压电能量转换器以及相关气管长度对气动系统的影响情况进行了分析。首先通过耗气量指标确定了不同缸径下,气缸两侧转换器内容腔能够设置的最大个数。进一步通过搭建气动系统仿真模型,根据实际情况,选取搬运,提升和夹紧三种典型工况进行研究。然后对三种工况下系统的工作情况进行分析,最后探究了三种典型工况下,压电能量转换器及相关气管参数对气动系统响应速度的影响情况,并统一转化为负载率的增加量进行比较。