近年来，随着无线传感器的广泛应用，利用环境中的振动能来为无线传感器供电已成为一个新兴的研究方向。其中，压电材料具有优异的力电耦合特性，利用压电材料制作的压电俘能器可高效地俘获环境中的振动能。由于悬臂梁式压电俘能器的自振频率可以调节到低频范围内，以接近于环境振动频率，因此其在低能耗领域得到了一些应用。但是环境振动源具有很大的随机性，单根压电悬臂梁仅能在谐振频率附近很窄的带宽范围内具有良好的俘能效果，很难满足供能需求，因此，为了提高输出功率和俘能带宽，研究阵列式压电俘能器具有重要意义。
　　本文以阵列式压电俘能器为研究对象，以提高输出功率和俘能带宽为目的，采用数值模拟为主，辅以实验验证相结合的方法对阵列式压电俘能器进行了数值和实验研究。具体工作如下：
　　首先，利用COMSOL有限元软件建立起阵列式压电俘能器的有限元模型，接着利用内置命令提取模型的系统矩阵并施加边界条件，建立起俘能器的控制方程。而此时的控制方程维度过大，无法直接放入SIMULINK中进行耦合仿真，因此需要借助于模型降阶技术对控制方程进行降阶，从而获得能够保持原始系统特性并提高计算效率的降阶模型。接着基于此降阶模型，分析了简谐荷载下不同参数对阵列式压电俘能器输出功率的影响，包括连接方式、整流顺序以及谐振频率等，并与等效电路法以及等效阻抗法进行了对比，验证了降阶模型的正确性。
　　其次，借助于模型降阶方法的优势，分析了两种典型环境荷载下阵列式压电俘能器的俘能特性以及优化设计方法。以机致楼板为例的分散多频荷载，应当调整悬臂梁的自振频率来匹配固定阶处振动频率，同时应优化阵列个数以及俘能方案来提高俘能器的输出功率。对于以车致桥梁振动为例的随机宽频荷载，应当设置压电阵列的俘能带宽使之能够覆盖桥梁振动主要频率的变化范围，并且采用先整流后并联的外接电路来提高俘能效果。
　　最后，为了验证真实荷载下仿真分析的正确性，搭建了一套阵列式压电俘能器的实验装置。以油机荷载为例，其仿真结果与实验结果基本吻合，再次验证了降阶模型的正确性。
　　本文所提出的系统级仿真模型，不仅适用于阵列式压电俘能器，对于外形复杂的模型以及外接电路为更复杂的接口时同样适用；此外，本文的研究方法还大大提高了仿真分析的计算效率以及准确性。
　　通过本文的探索，将为模型降阶方法在压电俘能领域的应用提供一定的借鉴。