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针对转子系统不对中、不平衡等故障微弱振动信号信噪比低的问题，提出一种最小均方差原则下的多尺度多元素形态滤波(Multi-elements Morphological Filtering)方法。首先，变换结构元素尺度对故障信号进行多尺度滤波，计算处理后信号的叠加均值；然后利用多种结构元素对振动信号进行交叉结构元素滤波处理，对各结构元素多尺度滤波算法进行加权组合，在最小均方差原则下对权值进行优化，在最大限度保留信号有效成分的同时实现抑制脉冲干扰、削弱随机噪声，并消除统计偏倚现象。对仿真信号与转子试验台故障信号的降噪效果表明，该方法能够获得较高的信噪比及较低的均方差，且能保留信号中应有的有效成分。