Расстояние между электродами можно (при заданном токе дуги -- он же стабилизирован?) определить по падению напряжения на межэлектродном промежутке. Определение же местоположения дуги сложнее. Я бы поставил экран и два фотоприемника -- при смещении дуги от ее правильного местоположения один фотоприемник будет освещаться сильнее, а другой затеняться экраном. А в качестве исполнительного механизма -- два моторчика (шаговых или ДПМ-20 -- последние хороши тем, что умеют работать в вакууме) с подходящими редукторами для обеспечения нужной точности. Собственно регулятор легко реализовать на микроконтроллере, имеющем на борту АЦП (да хоть на ардуине).