本发明涉及一种磁悬浮分子泵高速转子在线故障诊断系统及方法，包括数据处理电路、隔离采样电路、接口电路、电源转换电路和显示电路。系统利用一种改进的复合傅里叶变换和自适应广义二阶积分器对电机相电流和转子位移进行实时处理，获取基波和谐波分量。为了克服磁悬浮分子泵任意角度安装时带来的转子扰动影响，首先，通过采用自学习的方式记录安装后正常运行和制动时电机电流与转子位移的基波和谐波分量作为正常参考值；其次，在运行过程中不断计算电机电流与转子位移的基波与谐波分量，与正常参考值实时进行比较，在线监测转子状态；最后，当发生故障时能够输出警报，并利用分子泵降速时状态进行故障诊断，区分机械故障、全局退磁故障和局部退磁故障。