本发明提供一种基于改进稀疏字典的旋转设备故障诊断方法及系统，涉及核电安全管理技术领域，方法包括：S1：获取振动信号，对振动信号进行k层小波包分解，得到2的k次方个等频段的分量信号；S2：构造过完备原子库，得到过完备原子库中的稀疏系数，得到重构稀疏表达，并对各分量信号进行单支重构；S3：计算各分量信号的冲击稀疏度，并根据冲击稀疏度实现分量信号重构；S4：对重构后的各分量信号进行特征提取，根据振动信号的故障类型建立模型，进行故障识别。本发明通过改进稀疏字典方法进行故障信号提取，保留关键特征信号，并根据故障类型建立不同故障模型，最后根据分类方法实现故障诊断，有效提高设备故障诊断准确率。