为了保障电力供应系统的连续供给,发电设备和供电设备都需要具有远程监测、故障诊断与故障恢复能力。但是这些电力设备的特点是数量多、分布广、工作环境恶劣,使得用于监测电力设备的无线传感器网络节点难以获得可靠、持久、稳定的电源。基于压电效应的双稳态压电振动发电机能够将环境中的振动能量转换为电能,可以为无线传感器网络节点等低功耗的电子设备无限、持续地供电,有效解决了无线传感器网络节点在恶劣环境中电力供给难题。本文以提高双稳态压电振动发电机在不同激励环境下的发电能力为目标,采用理论建模、数值仿真和实验验证的研究方法,对双稳态压电振动发电机系统关键技术进行了深入研究。主要研究内容及成果如下：(1)基于单自由度双稳态压电振动发电结构的机电耦合模型研究。建立双稳态压电振动发电机系统的集总参数机电耦合模型,通过引入模型修正因子,降低了悬臂梁分布质量引起的集总参数模型误差。基于悬臂梁在大挠度变形时应变与位移的非线性,提出改进的计算双稳态压电振动发电机模型参数的方法,降低了系统刚度系数、阻尼系数、机电耦合系数非线性变化引起的模型误差,实验结果表明,改进后的模型参数计算方法提高了电压的计算精度。(2)基于系统的机电耦合模型,研究了双稳态压电振动发电机系统动力学特性和发电特性。对系统动力学特性研究结果表明：当激励频率由小到大变化时,双稳态压电振动发电机系统先后经历小幅周期运动、大幅周期运动、倍周期运动和混沌运动,最后又回到小幅周期运动；当激励幅值由小到大变化时,双稳态压电振动发电机系统先后经历小幅周期运动、大幅周期运动、混沌运动、倍周期运动,最后又到混沌运动。对系统发电特性研究结果表明：大幅周期运动和混沌运动状态下系统输出的开路电压能够满足能量管理电路对输入电压的要求,且大幅周期运动状态下双稳态压电振动发电机输出电压的有效值最大,实验结果表明,同样的负载条件下,大幅周期运动状态下双稳态压电振动发电机的输出功率最大。(3)基于系统幅值阈值设计的难点,开展对双稳态压电振动发电机系统幅值阈值优化研究。分析双稳态振动系统幅值阈值求解方法,推导计算双稳态压电振动发电机系统幅值阈值的表达式。研究激励频率、磁间距、悬臂梁几何参数等因素对双稳态压电振动发电机系统幅值阈值的影响规律,提出双稳态压电振动发电机系统幅值阈值的优化方法,并对优化效果进行实验验证。(4)提出二自由度双稳态压电振动发电机结构,通过增加弹性装置,放大作用于悬臂梁上的激励振幅。基于二自由度双稳态压电振动发电机新结构,构建其系统的动力学模型,并对二自由度双稳态压电振动发电机的动力学特性和发电特性进行了研究。仿真和实验的结果表明：与单自由度双稳态压电振动发电机相比,二自由度双稳态压电振动发电机系统幅值阈值更小、频率下限值更低,这表明二自由度双稳态压电振动发电机更适宜收集低频、低幅值的振动能量。