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近十几年来,随着集成电路技术的快速发展,微机电系统(MEMS)在民用工业以及国防军事等领域得到了广泛的应用,同时推动了利用压电材料收集环境中振动为MEMS供能的俘能器的研究。目前,压电俘能器普遍采用单自由度线性结构,存在共振频率较高、工作带宽较窄等问题,还不能被应用到生产实践中。因此,拓宽系统工作频带,提高能量输出效率已成为对振动俘能器研究的主要方向。本文首先回顾了振动俘能器的发展概况,重点介绍了非线性双稳态结构的工作原理。接着利用理论和试验的方法对单自由度非线性双稳态结构的宽频特性进行了研究。然后提出了一种两自由度的双稳态结构,并通过与单自由度结构的比较分析,研究了两自由度结构的输出特性。本文所做工作主要包括以下几个方面:1)建立了一种单自由度的双稳态压电振动俘能器并建立了系统的机电耦合模型。在建模过程中以压电力为耦合因子,利用牛顿第二定律建立了系统带修正参数的运动控制方程并对方程进行无量纲化处理,得到系统状态方程。2)采用Matlab软件对单自由度双稳态系统状态方程进行了求解,得到了系统电压输出随频率变化的曲线。将此双稳态系统电压输出曲线与无磁力时线性系统的电压输出曲线进行比较,结果表明双稳态系统的工作频带比线性系统的工作频带拓宽了7Hz。分析了参数变化对系统影响,得出选取适当的末端质块初速度、初始位置以及磁铁间距d能够提升系统输出效率的结论。3)提出了一种两自由度双稳态压电振动俘能结构并通过建模与仿真得到系统电压输出曲线。将两自由度系统与单自由度系统的输出特性进行比较分析,得出两自由度结构能够有效降低双稳态系统阈值,进一步拓宽工作频带,提升总体能量收集效率的结论,其总体工作频带比单自由度双稳态结构拓宽了10Hz左右。4)建立单自由度与两自由度俘能器试验装置,通过扫频试验得到两个系统的实际幅频曲线。将实验曲线与相应的仿真结果相比较,研究了两个系统的实际宽频效果。同时,研究了不同取值的磁铁间距d以及两自由度俘能器结构中前段悬臂梁刚度k_e与末端质块质量m_e对双稳态系统输出效率的实际影响。本文通过理论与实验的方法,验证了单自由度双稳态结构俘能器相比于线性结构具有明显的宽频特性,同时研究了两自由度双稳态系统在降低系统阈值,提升系统整体能力收集效率上相比于单自由度系统所具有的优势。