Jsosa89 perfectas ambas soluciones. Me has aclarado bastantes cosas 
Mirandolo de esa forma, veo que utilizar el puerto serie sería complicarse un poco más la vida. Por mi parte debo aclarar una cosa ya que no lo he especificado. Digamos que para alimentar el variador de frecuencia (que estará conectado al motor trifásico) utilizaré un alternador trifásico, el cual estará conectado a un motor de combustión que lo hará funcionar.
Dicho motor, para reducir su consumo, no estará funcionando al máximo de sus revoluciones sino que se irá regulando un servo que estará conectado donde se acelera el motor. Así en función del consumo que necesite el motor trifásico, a una determinada velocidad de rotación, se regulará la velocidad del motor de combustión para que pueda alimentar el alternador correctamente, sin excederse de la energia necesaria que necesite (que a su vez alimentará el VDF y éste al motor trifásico).
Es decir, la placa Arduino realizará éstas funciones:
1º- Debe tener conectada a una de sus entradas un Joystick que me permita regular la velocidad del motor eléctrico (como tu has dicho detectando la variación del potenciometro que tiene).
2º- Debe regular un servo en función de la velocidad que se desee en el motor eléctrico (en función del Joystick) para que regule las revoluciones del motor de combustión y se alimente correctamente el alternador (sin excederse de la energia que necesita el motor eléctrico, así se ahorra combustible).
3º- Debe tener conectada una (o no sé cuantas se necesitan) de sus salidas al VDF, para que me permita subir, bajar, parar o darle marcha atrás al motor eléctrico.
Creo que para regular la velocidad del motor eléctrico y la velocidad del motor de combustión (en función del consumo del motor eléctrico a una cierta velocidad) se debería realizar una "tabla" en la programación Arduino en la que se indiquen que a cierta velocidad del motor eléctrico "X rpm" se consume "Y w" y se necesita mover el servo "Z grados" para que acelere el motor de combustión a una cierta velocidad.
No sé si se entiende la idea. Espero que todo ésto se pueda realizar con una tarjeta Arduino sin que la programación sea exesivamente complicada. ¡Gracias de nuevo por tu respuesta!