环境振动的压电能量收集器受到越来越多学者的关注,但是大多数压电能量收集器以单自由度线性系统为基础,只有在谐振频率处具有较高的电能输出,一旦偏离谐振频率,输出功率迅速降低。为了改善压电能量收集器的转换效率、拓宽工作频带、增强环境适应性,本文提出了两款新型压电能量收集结构模型,实现宽频和高效集能目的,同时将压电材料表面微变形集能引入能量收集系统,并给出了多振动源能量收集方案,有效解决了环境适应性问题。本文的主要工作如下:（1）鉴于压电振动能量收集器必须经过整流才能输出电能,容易造成能量损耗的问题,提出了压电材料表面微变形能量收集思路。基于表面压电理论,建立了压电材料在不同形状压头挤压过程中的二维接触模型。研究了刚性平压头作用下,15种不同厚度的压电材料接触变形和表面电势情况,研究发现在相同变形深度下,随着压电材料厚度的减小,压电材料的表面电势增大,微纳米级别的变形深度产生变形电势与压电悬臂梁振动产生电势量级一致,能够满足压电能量收集的基本要求。（2）针对压电材料微变形中接触边缘存在应力和电场奇异性问题,研究了刚性非压电材料和压电材料在准静态和动态下对压电材料基体的挤压行为,发现两种运动状态下,压电基体表面电势与变形位移有关,并呈线性关系。通过微变形位移函数、电场分布以及压痕深度和电势关系的研究,发现接触边缘存在奇异应力但对材料造成破坏有限,且电场奇异性有助于微变形表面电势的增加。（3）基于欧拉—伯努利梁方程、压电方程以及基尔霍夫定律,建立了梯度复合压电能量收集模型,结合压电能量收集器与环境中振源频带宽度匹配方式,推导了具有多个集中质量的梯度复合压电能量收集结构的耦合电压和机电响应方程,分析复合压电能量收集结构中压电片、基梁和集中质量块等对系统电压输出的影响,确立了最优系统。模拟和实验表明,该结构在100Hz工作频带内存在三个输出电压峰值,达到宽频集能的效果,还能够提高梯度复合压电能量收集系统的输出电压。（4）针对能量收集过程中模态单一的问题,提出了一种多模态异构复合压电能量收集模型,可以在较低的频率范围内达到高能量收集的目的。通过分析复合压电能量收集结构参数对系统固有频率的影响关系,发现随着梁长度的增加和宽度的减小,系统各阶固有频率呈下降趋势,但是随着梁间夹角增大,第一阶固有频率存在峰值,第三阶固有频率在夹角超过70度后趋于稳定。研究表明,该能量收集系统在低频范围内可以利用多个模态振动收集能量,且最低峰值电压超过5伏特。（5）以梯度复合压电能量收集器为基础,结合压电材料微观变形电能产生机理,提出了一种多源新型复合压电能量收集方案,解决复杂多环境振源激励下压电能量收集器效率较低问题。该压电能量收集系统通过多段悬臂梁结构和集中质量块的相互结合,增加了工作带宽;将末端集中质量置换成为低密度材料,可达到跟随气流振动的效果,增加与激振源的匹配广度;通过对雨滴和细沙尘等自然环境中微观颗粒物撞击压电材料表面过程的实验研究,验证了压电材料微变形能量收集的可行性。结果证明,多源新型复合压电能量收集方案不仅能够拓宽工作频带,匹配复杂环境振动源能量收集,还能够改变电能输出方式,达到近直流输出效果。综上所述,本文提出的新型压电能量收集方案不仅能够宽频带高效率的输出,还能够为新的压电能量收集方法提供新路径,具有较好的应用前景。