旋转机械故障诊断是近年来国内外发展较快的一门新兴技术,在航空、大型石油、电力、化工行业的发动机、气轮机、发电机、鼓风机等旋转机械设备中有着广泛的应用前景。大型旋转机械振动监测与诊断系统的研究与应用对于避免巨额经济损失和灾难事故的发生有着重要意义。在旋转机械故障诊断过程中,尤其是启停非平稳阶段,最重要、最关键而且最困难的问题就是故障特征信息提取。这是故障诊断中的瓶颈问题,直接关系到故障诊断的准确率和故障早期预报的可靠性。因此,为了从根本上解决故障诊断信息提取这个关键问题,必须借助于信号处理、特别是现代信号处理的理论方法和技术手段,探索故障特征信息提取的途径,发展新的故障诊断理论和技术。从而,阶比分析技术应运而生。本文在对旋转机械典型故障特征、振动信号的测量、传统特征分析方法和非平稳信号的时频分析技术进行详细介绍的基础上,对旋转机械特征分析的主要手段——阶比分析技术进行了深入研究,利用信号的瞬时频率与旋转机械的对应关系提出了各阶分量瞬时频率提取和实现阶比分析的途径,并通过实验台和实际旋转机械实验证明了这一途径的正确性。首先对传统的阶比分析方法进行了深入的研究,从而为新的旋转机械阶比分析理论的研究打下坚实的基础。提出了一种新的旋转机械非平稳信号的瞬时频率估计方法——STFT-Viterbi Fit(STFT _VF)法。STFT _VF算法在精度和效率上优于传统的STFT谱峰检测法。解决了STFT谱峰检测法对高噪声、高干扰和复杂旋转机械振动信号(包含邻近阶比和交叉阶比)的分析无能为力的问题。通过对传统的Gabor阶比跟踪(GOT)进行了深入研究,针对GOT方法对高噪声信号精度低、不能分析复杂机械信号的问题,提出了一种基于Viterbi算法的GOT(V_GOT)方法。此算法和传统的GOT的主要区别在于不再采用时频滤波实现阶比分量的提取,而是采用高效快速的Viterbi算法来实现。利用Kalman滤波器的自适应原理,实现了基于瞬时频率估计算法(短时傅立叶变换STFT和Viterbi算法相结合的STFT_VF)的自适应Vold-Kalman阶比跟踪,简称为AVKF_OT(Adaptive Vold-Kalman Order Tracking),此方法无需安装鉴相装置,从而简化了阶比分析对硬件的要求;用软件的方法实现了对振动信号的阶比跟踪,此方法是对原有阶比跟踪技术的有力补充。基于以上研究成果,在法国OROS公司R3.4动态信号分仪和NVGate噪声和振动信号分析软件的基础上开发了旋转机械阶比分析软件(OrdTra)。OrdTra软件实现了对平稳信号和非平稳信号的在线和离线的阶比分析。文中主要研究了软件设计和编程技术、平台结构、多线程和网络通信等问题。最后,从软件的使用角度通过实验全面验证了OrdTra各个工程模块的有效性和实用性。