压电俘能器的输出功率和转化效率一直是国内外研究的热点,利用磁场使共振峰偏移拓宽压电俘能器工作带宽的非线性俘能器比线性俘能器具有更高的发电性能和广泛的适用环境。由于系统中引入非线性磁场特性,使得系统响应更加复杂,因此揭示力-磁-电多场耦合压电俘能器系统的动态响应特性成为了压电系统优化的关键环节。本文以多场耦合非线性压电俘能器为研究对象,通过理论建模、解析分析、数值计算和实验研究相结合的方法,揭示多场耦合非线性压电俘能器在简谐激励与随机激励下的系统响应规律,分析系统响应特性与系统参数和激励条件的关系。针对外加磁场的力-磁-电多场耦合压电俘能器,论文首先以不同磁铁作用方式模型为对象,建立了不同磁力模型下横、纵向非线性磁振子模型,利用广义Hamilton原理、Rayleigh-Ritz法、压电元件恒定电场假设及Euler-Bernoulli梁理论分别建立了多场耦合多方向压电俘能器横向、纵向振动的分布式机电耦合模型,并对模型进行无量纲处理。利用增量式谐波平衡法对无量纲模型进行解析分析,并通过四五阶龙格库塔方法数值模拟验证解析解的正确性,得到不同磁力模型系统不同结构参数和条件下系统响应特性规律及性能输出。其次,以高斯白噪声为激励,利用随机振动下多场耦合压电俘能器模型的FPK方程,求解得到不同系统参数下的响应概率密度函数,利用忽略高阶累积量截断法,得到系统响应平稳均方值和功率谱密度函数。解析结果表明,在简谐激励或随机激励作用下,磁吸力模型系统能有效的增大系统纵向响应振幅,增大系统响应频带,提高输出电压,并使得系统谐振频率向低频移动,而磁斥力模型作用效果则相反,使得系统谐振频率向高频移动,实现在一定范围内谐振频率可调的需求。最后,搭建压电俘能器性能测试平台,对多场耦合压电俘能系统在不同磁力模型、不同磁铁间距和激励条件下的响应特性进行实验研究。实验结果表明,当磁铁间距15mm、激励幅值1m/s2时,相比无磁力输入情况,系统响应电压提高了 6倍左右,谐振频率从17.3Hz降至9.5Hz左右。系统在加入磁斥力作用时,系统谐振时的响应输出略微减小,随着磁间距减小,系统谐振频率由17.3Hz增加至20.5Hz。当磁铁间距减小或激励幅值增大时,系统响应输出增大,加入磁吸力不仅增加了系统输出,而且降低了系统谐振频率,拓宽了响应频带。