近年来,无线传感网络、野外智能传感系统、环境监测系统、单兵可穿戴系统及弹药智能化等领域发展迅速,其工作环境多为野外、无源无线、移动等场合,这对其系统能源供应提出了挑战。作为主要能源的化学电池存在存储时间短、体积大、需要及时更换等缺点。因此,作为一种化学电池的能量替代品,能够从振动环境中俘获能量的压电俘能器因具有寿命长、结构简单、易于小型化、无发热、无电磁干扰和无污染等诸多优点,成为热门研究课题。而压电-电磁复合式俘能器兼顾高电压（压电俘能）和大电流（电磁俘能）的特点,已成为能量收集方面的研究热点。针对振动俘能器研究中频率、带宽、功率等关键问题,本文结合理论分析、数值模拟和试验测试等方法和手段,从低频段、宽频带、高性能等方面对自主设计的压电俘能器/压电-电磁复合式俘能器进行了深入研究。论文的主要工作和创新性研究成果如下:（1）针对质量块-连续梁结构的动态特性,建立了力电耦合一般动力学模型,并对静态、准静态、动态三种运动形式进行了系统性分析;得到了结构力学参数及电学参数的计算表达式,给出了基于振型函数的多阶模态计算方法和三种模型相应的适用范围;利用悬臂梁式压电俘能器样机进行了试验测试,验证了理论模型及仿真结果的正确性。（2）基于悬臂梁式压电俘能器结构,提出了提高压电性能的三种方法:1)改变悬臂梁形状,将原有应变主要集中在根部的矩形梁改进为表面应变更加均匀的梯形梁及三角形梁结构,降低了结构谐振频率并提高了输出电压;2)将原有悬臂梁结构改进为双端固支梁结构,改善了压电材料利用率,提高了输出功率;3)改变压电模式,将原有压电系数较低的d₃₁模式改进为压电系数较高的d₃₃模式,提高了俘能器输出性能。（3）考虑到在低频振动模态中,还存在一个扭转模态,基于扭转振动特性,建立了利用压电材料d₃₆模式工作的扭转振动俘能器理论模型,并设计了扭转振动俘能器样机;通过对样机进行仿真分析及试验,验证了理论模型的正确性。为进一步研究及应用扭转模态俘获能量提供了理论基础和实践经验。（4）提出了一种基于回型磁铁的微压电-电磁复合式俘能器设计方法,其在传统复合式俘能器基础上极大提高了电磁俘能效率。建立了基于集总参数法的压电状态方程,并对其输出性能进行了理论推导。研制了复合式俘能器样机,并对有无回型磁铁、线圈层数、磁铁与线圈距离等因素对俘能器输出性能的影响进行了研究。此种基于回型磁铁的微型压电-电磁复合式俘能器将上一代复合式俘能器的输出功率提升了一个数量级。（5）创新性地提出了一种高效宽频带MEMS压电-电磁复合式俘能器结构,从设计、制作、封装及测试等方面进行了系统性研究;其引入了大变形非线性,极大地拓宽了MEMS结构俘能频带;且利用平面多层微线圈,使电磁俘能特性突出。分析得到:相比单一压电俘能方式,复合式俘能器非线性效应得到增强,俘能频带得到拓宽,输出性能明显改善。另外,试验还得到:双端固支四梁结构压电-电磁复合式俘能器输出功率较单压电俘能器得到显著提高;双端固支梁的梯形化设计可以降低固有频率,并有效提高输出电压。