随着微电子制造技术的快速发展及各种新型低功耗元件的出现,如何为这些低功耗产品供能成为了研究热点。传统化学电池储能有限并且对环境会造成污染,需要研究新型俘能器。由于环境中振动能量的转换效率最高,因此,将自然界中的振动能量转换为电能,并采集加以利用显得尤为重要。振动能量采集器分为压电式俘能器、电磁式俘能器和静电式俘能器。由于静电式俘能器工作需要外接电源,而无线传感器等低功耗野外工作设备无法连接外接电源,因此,静电式俘能器的应用受到了限制。压电式和电磁式俘能器工作无需外接电源,可以有效地将周围环境中的振动能量转换为电能,为低功耗元件供能。压电式与电磁式的能量转换效率较高,并且可以制作成微小型结构,符合微电子技术发展的趋势。本文基于压电式与电磁式发电原理,提出了一种新型双稳态压电-电磁复合振动能量采集器,也被称为双稳态多模式能量采集器。论文涉及到多个学科领域,包含了机械、电学、材料学和力学等众多学科的知识。本文以双稳态压电-电磁复合振动能量采集器为研究对象,理论与实验相结合分析了其发电特性与复杂的动力学行为。首先,实验研究了双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的发电特性。验证了其发电效率高于传统的压电悬臂梁发电结构。然后,对双稳态压电-电磁复合振动能量采集器模型进行了参数优化,分析了模型中的各参数对系统的发电和振动特性的影响,得出了使系统发电效率最高的条件。之后,实验研究了系统的刚度特性和动力学行为。最后建立了双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的非线性动力学方程,运用软件对方程进行数值模拟。将理论结果和实验结果进行对比。论文的研究内容分为以下几部分:(1)实验对比研究了传统压电悬臂梁发电模型与双稳态压电-电磁复合振动发电结构的发电特性,分析了外激励频率和外激励幅值对双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的发电特性的影响。(2)对双稳态压电-电磁复合发电结构进行优化,研究了弹簧的引入对系统发电的影响。分析了磁间距、弹簧、线圈和外接负载对系统发电的影响。得到了使系统发电效率最好的最优条件。(3)实验研究了双稳态压电-电磁复合发电结构的刚度特性与复杂的非线性动力学行为,分析了外激励频率、外激励幅值、磁间距以及弹簧对系统的动力学行为的影响。(4)应用Hamilton原理建立了双稳态压电-电磁复合振动能量采集器的偏微分动力学方程。建立了系统势能的偏微分方程,运用Galerkin法离散得到了系统势能的常微分方程,运用maple软件对势能方程进行数值模拟,分析了结构中的双稳态现象与系统势能函数的关系,并且研究了磁间距对系统势能的影响。(5)运用Galerkin方法对系统的偏微分动力学方程进行一阶离散,利用多尺度法对离散后的常微分动力学方程进行摄动分析,得到极坐标系下的平均方程,运用maple软件对平均方程进行数值模拟。之后,建立了系统的偏微分电学响应方程,并且对方程进行离散处理,得到系统的常微分电学响应方程。运用matlab软件对系统的动力学方程与电学响应方程进行数值模拟。通过波形图、相图和庞加莱截面图,研究了外激励幅值和外激励频率对系统动力学特性的影响。