压电振动换能器是一种持久、清洁、免维护的新型发电装置，在无线传感器网络供电方面具有较广阔的应用前景。本文通过分析压电陶瓷发电的原理，建立悬臂梁结构的压电换能器的总体设计方案。结合压电学和材料力学的基本理论，建立起压电振动换能器的机电耦合模型，并利用Matlab/Simulink仿真工具对换能器的主要工作特性进行仿真分析。 从田口稳健设计的经验方法出发，结合悬臂梁式压电振动换能器的理论模型，设计了以平均输出功率和工作频带宽度为优化目标的稳健优化设计方案。以Matlab/Simulink作为稳健设计过程自动化的实现工具，采用内外正交表交叉计算优化目标的信噪比。对优化目标的信噪比进行方差分析，得到一组最优设计参数，实现对压电换能器的优化设计。将梯度遗传算法用于对田口稳健设计进行改进，利用目标函数的梯度信息加速遗传算法的收敛，以遗传算法产生的每一代种群的最优个体作为内表中的一组数据，采用外正交表计算优化目标的信噪比。该方法拓展了优化参数的搜索范围，并且提高了参数搜索的分辨率。 对按优化后的参数制作的样机进行测试，结果证明该换能器完全能够满足功耗为100μW的传感器节点的使用要求，验证了研究方案的可行性。