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提出在小样本情况下建立设备状态状态特征库的方法，以解决机械故障诊断中无法采集到大量样本来建立状态特征库的难题。讨论如何根据各种指标在变工况下的稳定程度来选择状态特征的问题，提出用指标的稳定行为量来衡量小样本指标的稳定程度。利用火车车轮滚动轴承3种状态下振动加速度信号的功率谱，依据指标的稳定程度，确定其特征指标，并应用所提出的方法对确定的指标进行统计模拟，构建了对应的状态特征库，在实际中实现了良好的状态辨识。实践证明，这种方法在机械故障诊断中是简单实用和可行的。