近年来使用压电能量收集装置收集环境中的振动能量引起了研究人员的浓厚兴趣。由于压电能量收集装置转换电能的即时功率较低，常常采用能量存储器件来存储和积累转换来的电能以备更高功率要求时使用。常用的能量存储器件是直流型的，而压电能量收集装置转换的电能是交变性质的，需要经过整流变换电路将压电能量收集装置和能量存储器件连接起来。故而，一个振动能量收集系统分为三个部分：压电能量收集装置、整流变换电路和能量存储器件。文中通过建模的方法分析和研究了压电能量收集装置和整流变换电路，并设计基于压电能量转换的自供电振动能量收集系统。　　 基于压电特性和二端口建模方法，研究压电能量收集装置的理论模型，建立压电能量收集装置的等效电路模型，并进行实验验证。基于该等效电路模型，分析直接带负载的交流输出特性，得出最佳外电路阻抗的计算方法并加以实验验证。基于电路平均建模法，建立非线性元件二极管构成的桥式整流、滤波电路的直流模型。在此基础上，分析压电能量收集装置经整流滤波后带负载的直流输出特性，得出直流输出的最佳外电路阻抗的计算方法并加以验证。　　 应用非理想Buck-boost变换器在连续工作模式和断续工作模式下的电路平均建模法，分别建立Buck-boost转换器在连续工作模式和断续工作模式下的大信号平均模型、直流模型、小信号模型，进行稳态分析。推导出Buck-boost转换器在断续工作模式下比连续工作模式下效率高。运用电路平均法建立由压电能量收集装置、整流滤波电路、DC-DC转换器组成的压电能量收集系统的理论模型。基于该模型，分析压电能量收集系统的能量传输问题，得出最佳负载阻抗的计算方法。　　 采用实验方法研究机械串联的压电能量收集阵列的输出电信号波形，实验表明，串联连接的压电能量收集阵列输出的电信号幅值不同，相位和频率相同。在此基础上，基于建立的压电能量收集装置的等效电路模型和带有整流滤波电路的压电能量收集装置的等效电路模型，研究机械串联的压电能量收集阵列的电路连接方式和整流滤波方法。研究压电能量收集阵列的交流输出特性和整流滤波后的直流输出特性，得出交流带负载和直流带负载的最佳负载的计算方法并加以验证。结果表明，机械串联的压电能量收集阵列适于采用并联的方法进行电路连接，经过此连接，可以增强系统的带负载能力。　　 在理论建模、分析的基础上，应用模型计算结果进行元器件选择，完成自供电压电能量收集系统的设计。设计基于微功耗芯片控制的压电能量收集系统，建立初步的电源管理系统，设计系统的低功耗模式，并进行了实验验证。结果表明，应用基于电路平均法建立的压电能量收集系统电路模型进行分析、计算，为系统设计提供选择元器件的方法是可行的，系统实现了低功耗、自供电。