压电陶瓷具有良好的压电效应,而振动现象随处可见,利用压电陶瓷的压电效应将环境的振动能转换成电能,对于开发绿色能源无疑具有重要的意义。目前,制约这一技术发展的主要原因之一,是研制的压电陶瓷悬臂梁的谐振频率高于环境的振动频率,俘能频带窄,致使压电发电系统的能量转换效率低下,难以满足用电设备的需求。针对这一问题,本文将线性多自由度理论与双稳态方法相结合,提出了一种三自由度双稳态发电方法。该方法放大了作用于悬臂梁上的激励幅值,降低了悬臂梁的谐振频率,有效性地拓宽了悬臂梁的俘能频带,较大幅度地提升了压电发电系统的能量转换效率。本文主要进行了以下研究工作:（1）研究了压电陶瓷悬臂梁的结构与其谐振频率的内在联系,通过动力学建模的方法对压电陶瓷悬臂梁的结构进行了优化,采用有限元软件分析了线性压电陶瓷悬臂梁存在的问题及其原因,研究了双稳态发电原理,并采用有限元软件分析了目前的双稳态系统存在的问题。（2）针对双稳态系统存在的问题,将线性三自由度理论与双稳态方法相结合,提出了一种三自由度双稳态发电方法:从理论上分析了三自由度悬臂梁的固有频率;构建了三自由度双稳态发电方法的物理模型;对三自由度双稳态发电模型的固有频率进行了仿真;分析了模型中磁力对俘能的贡献;分析了模型的输出特性。（3）基于所提方法,设计了三自由度双稳态发电装置,并制作了样机,通过对样机的实测分析,证明本文所提出的三自由度双稳态发电方法能够有效地降低压电陶瓷悬臂梁的谐振频率,较大程度地拓宽压电陶瓷悬臂梁的俘能频带;也证明了本文提出的三自由度双稳态发电方法能够很大程度地提高系统的能量转换效率。（4）基于压电陶瓷的三自由度双稳态发电装置输出的是一种不稳定的交流电压,而用电设备需求的是稳定的直流电压。为此,又设计了能量收集电路和电能储存电路,经仿真验证,所设计电路输出的电压能够满足用电设备的需求,并且在设备不用电时,可以对发电装置输出的电能进行储存。